CC BY
61
Вісник ПДАБА
5. Мірошниченко М. Вибух газу - “це урок, який повинна засвоїти держава” // Надзвичайна ситуація, 2007. - № 10. - C. 8-15.
6. Трагічний вибух у Євпаторії // Надзвичайна ситуація. - 2009. - № 1. - C. 8-15.
7. Чумак С. П. Основы разработки технологии и управления процессами аварийноспасательных работ при разрушениях зданий и сооружений // Пробл. безопасности при чрезвычайных ситуациях. - М.: ВИНИТИ, 2008. - Вып. 4 . - С. 55-62.
8. www. Google Earth.
9. Хмара Л. А., Механизация работ и расчет потребности в грузоподъемных средствах при разборке разрушенных сооружений / Л. А. Хмара, С. В. Шатов // Механизация строительства. -№ 2.- С. 22-27.
УДК 621.74:621.78
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА С ГОРЯЧЕГО ПОСАДА ЧУГУННЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
Л Х Иванова, д. т. н, проф, А Ю. Хит ько, к. т. н,
Л. А Шапран, к. т. н, А В. Хазанов, асп, А Г. Самойленко, студ.
Национальная мет аллургическая академия Украины, Днепропет ровск
Ключевые слова: чугунные прокат ные валы, т ермическая обработ ка, горячий посад.
Постановка проблемы. Проведенный анализ стойкости прокатных валков показал, что значительная часть (28...86 %) валков выходит из строя преждевременно по поломкам, что, очевидно, объясняется их низкой прочностью. Поэтому в настоящей работе было предусмотрено проведение исследований, направленных на разработку режима упрочняющей термической обработки валков из высокопрочных чугунов.
Экспериментальная часть. Обзор патентных источников показал, что высокотемпературную термическую обработку с горячего посада, приемлемую для вальцелитейного производства, предлагали авторы [1]. Сущность способа заключалась в извлечении чугунных отливок из литейных форм при температуре выше критической (> Ar1), их воздушной закалке с последующей выдержкой отливок в термической печи с температурой
473.. .873 К для выравнивания ее, отпуском и охлаждением в печи.
Проведенная нами по такому режиму термическая обработка отливок валков различных размеров исполнения ЛШ-57 (температура в печи составляла 823 К) показала, что по сравнению с валками в литом состоянии такая термическая обработка способствовала снижению остаточных напряжений на ~ 68 % и повышению прочностных свойств - однако специальные свойства - износо- и термостойкость чугуна рабочего слоя валков - оставались на прежнем уровне (табл. 1).
Затем был опробован способ термической обработки с горячего посада отливок прокатных валков из комплексно модифицированных чугунов с термоциклированием рабочего слоя [2], который заключался в том, что:
- отливки прокатных валков извлекались из валковых форм при температуре рабочего слоя, соответствовавшей температуре начала эвтектоидного превращения. Этот параметр термической обработки обозначали - теыб. Температуры начала и конца эвтектоидного превращения материала валков приведены в таблице 2;
- затем производили подстуживание отливок прокатных валков на спокойном воздухе до температуры на 10...20 К ниже температуры конца эвтектоидного превращения материала валка (Ar1k) и переносили их в термическую печь с температурой Тп ;
- далее производили выдержку для нагрева рабочего слоя отливки валка до температуры на
10.. .20 К выше температуры начала эвтектоидного превращения материала валка (Ас1н), охлаждение в печи до температуры 813...833 К и выдержку для выравнивания температуры по сечению отливки валка тт;
- окончательное охлаждение производили в печи со скоростью Vo, равной 25 град/ч.
14
№ 3 березень 2011
Таблица 1
Обобщенные данные о структуре и свойствах опытных валков
Состояние валков Диаметр валков, м Количество компонентов структуры, % Дисперсность перлита
графит цементит перлит феррит
литое 0,35 - 37,0 55,0 8,0 ПД1,0
0,43 0,5 35,4 56,5 7,6 ПД1,0
0,73 0,5 33,5 57,5 8,5 ПД1,4
термообработанное по режиму [592] 0,35 0,5 34,9 56,5 8,1 ПД1,0
0,43 0,4 33,0 58,4 8,2 ПД1,0
0,73 0,5 30,5 62,1 6,9 ПД0,5
термообработанное по режиму [593] 0,35 - 36,3 55,4 8,3 ПД0,3
0,43 0,4 35,0 57,2 7,4 ПД0,3
0,73 0,3 33,1 59,9 6,7 ПД0,3
Состояние валков Диаметр валков, м Свойства Релак- сация ох,%
твер- дость HSD Овр, МПа Овизг,МП а износ, мг/см2 m, мм/см2
литое 0,35 60,0 380 480 0,06 19,0 -
0,43 59.0 360 480 0,07 19,0 -
0,73 59,0 360 470 0,07 19,5 -
термообработанное по режиму [592] 0,35 58,0 380 510 0,06 18,5 68,0
0,43 57,0 390 510 0,07 18,0 68,0
0,73 57,0 380 500 0,07 19,0 65,5
термообработанное по режиму [593] 0,35 60,0 440 590 0,04 15,5 73,5
0,43 59,0 460 590 0,04 15,0 70,0
0,73 59,5 440 580 0,04 15,0 72,0
Таблица 2
Данные определения температур эвтектоидного превращения
Диаметр бочки валка, м Скорость охлаждения (град/ч) на глубине (мм) Температура эвтектоидного превращения (К) материала валков на глубине (мм)
5 25
5 25 начало конец начало конец
0,73 50 40 988 959 1004 968
0,46 60 52 983 953 993 963
0,35 68 55 979 953 991 961
Реализацию этого способа термической обработки производили на опытно-промышленной партии прокатных валков с разными диаметрами бочек 0,35...0,73 м из комплексно модифицированного чугуна химического состава, мас.%: С 3,0...3,2, Si 0,9...1,0, Mn 0,5...0,8, P 0,10...0,15, S до 0,01, РЗМ 0,13...0,24, Fe - остальное.
При этом после заливки расплава в валковые литейные формы и достижения температуры начала эвтектоидного превращения в рабочем слое валков Леін (температуру фиксировали датчиками температуры) производили выбивку отливок и передачу их к камерной печи с выдвижным подом. После установки датчиков температуры в полученные при литье отверстия в теле валков и подстуживания их поверхностных слоев до температуры на 10...20о ниже температуры конца эвтектоидного превращения Лгі отливки на поду подавали в разогретую до различных температур (943...993 К) печь.
Для валков различных размеров параметр твыб, перепад температуры по сечению бочек валков и температуру печи Тп, обеспечивавшую разогрев материала рабочего слоя за счет внутреннего тепла до температуры на 10...20о выше температуры начала эвтектоидного превращения определяли на серии экспериментов (табл. 3).
15
Вісник ПДАБА
Таблица 3
Параметры термической обработки, определенные экспериментально
Диаметр бочки валка d, м Продолжительность выдержки Твыб, ч Перепад температуры по сечению бочки, К Температура печи Тп, К
0,35 1,15 90 993
0,43 1,66 150 973
0,73 3,00 325 943
После того как отливки подали в разогретую печь производили их охлаждение в отключенной печи до температуры в рабочем слое 813...833 К, затем производили выдержку т (мин) при этой температуре для выравнивания температуры по сечению бочек валков в течение 30...310 мин в зависимости от диаметра бочки валка и окончательное охлаждение с печью со скоростью 20...30 град/ч до температуры 373...423 К.
Проведенным комплексом экспериментов было установлено, что некоторые основные параметры такой термической обработки достаточно точно описывались следующими аналитическими зависимостями:
твыб = 5 d - 0,6, Тп = 1035-128d, т = 2153 d -1311 d2 - 563.
Проведенные исследования структуры и физико-механических свойств чугуна рабочего слоя опытных валков до и после термической обработки показали следующее. Металлографический анализ показал, что за счет повторной аустенитизации при термоциклировании в рабочем слое исследуемого чугуна валков получали матрицу видов Пт1 с дисперсностью ПД0,3 и Пт2. Изменение структуры матрицы способствовало повышению износостойкости рабочего слоя в среднем на 54...73 %, прочностных свойств: овизг на 23...25 и овр на 16...28 %, а также снижению величины ОН в валках на «73 %.
Для отливок прокатных валков из низколегированных высокопрочных чугунов был предложен режим высокотемпературной термической обработки с горячего посада с максимальным использованием внутреннего тепла отливки - циклический отжиг [3], сущность которого заключалась в следующем:
- отливки из валковой литейной формы извлекали после заливки формы через время, когда центральная часть отливки валка достигала температуры солидус (параметр тсол);
- затем производили принудительную водо-воздушную закалку поверхности бочки валка
до достижения температуры Тб на 10...20 К ниже температуры конца эвтектоидного
превращения (Arjk). Принудительную водо-воздушную закалку производили с помощью вентиляторов модели СИОТ, обеспечивавших расход смеси 3...4-103 м3/ч-м2 и соответственно скорость охлаждения Уо! в критическом интервале температур 20...30 град/мин. Далее следовала обязательная пауза или выдержка для разогрева рабочего слоя валка за счет внутреннего тепла (самоотпуск) до температуры на 10...20 К выше температуры начала эвтектоидного превращения (Ас ін). Количество циклов нагрев-охлаждение (параметр п) при таком отжиге зависело от размеров бочек отливок валков;
- при последнем цикле принудительное охлаждение проводили до температуры Тпл рабочего слоя 813...833 К, после чего отливку подавали в термическую печь, нагретую до такой же температуры, и производили выдержку для выравнивания температуры по сечению валка (параметр тт);
- окончательное охлаждение осуществляли с печью со скоростью Vo2, равной 20...30 град/ч, для предотвращения образования вторичных напряжений.
Основные параметры этой высокотемпературной обработки определяли экспериментально (табл. 4) на валках-представителях различных размеров из ЧШГ и ЧВГ следующих химических составов, мас.%: углерод 2,29...3,00, кремний 1,0... 1,1, марганец 0,55...0,65, фосфор до 0,16, сера до 0,013, хром 0,10...0,15, никель 1,5...1,7, молибден 0,4...0,5, магний 0,01...0,02, РЗМ 0,08...0,10, железо - остальное [4].
16
№ 3 березень 2011
Таблица 4
Некоторые параметры термической обработки, определенные экспериментальным путем
Диаметр бочки валка d, м Параметр ^ол:; ч Расход смеси для принудительного охлаждения рабочего слоя валка, м3/ч-м2 Параметр n Параметр Тво, ч
0,73 2,5 3...4103 7 4,5
0,45 1,3 3...4103 5 2,5
0,31 0,75 3...4103 3 2,0
Полученные экспериментальным путем величины основных параметров такой термической обработки достаточно точно можно выразить следующими аналитическими зависимостями:
тсол = 4 d - 0,5, n = 24 d - 14 d2 -3 , тво = 10 d2 - 4 d +2,2.
Результаты сравнительных исследований структуры и свойств материала валков в литом состоянии и после термической обработки (табл. 5) по вышеприведенному режиму показали, что термическая обработка обеспечивала в рабочем слое изменение вида металлической матрицы с Пт1-ПД1,0...ПД1,6 (в литом состоянии) до Пт2 + сорбитообразный перлит (после термической обработки). При этом износостойкость чугунов рабочего слоя увеличивалась в среднем в 2,25, термостойкость - в 2,33 раза, предел прочности овизг - на 16 %, предел прочности овр - на 40 %, а величина остаточных напряжений от снижалась на «78 %
(см. табл. 5).
Таблица 5
Структура и свойства материала опытных валков
Со- стоя- ние валка- пред- ставите ля Количество компонентов структуры, % Характе- ристика перлита Свойства чугуна рабочего слоя валка-представителя
Гра- фит Це- мен- тит Пер- лит Фер- рит Тип Дис- перс- ность изг ов , МПа Овр, МПа HSD износ, г т, см-1 От, %
литое 0,5 36,0 56,0 7,5 Пт1 ПД1,0 ПД1,4 490 350 58 0,070 0,42 -
Тер- мооб- рабо- танное 0,5 36,1 62,4 1,5 Пт2 + сор бит - 570 490 62 0,031 0,18 78
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. 1178879 ФРГ, МКИ 18с 5.02 (C21d). Способ термообработки крупных отливок из серого чугуна: K.Arold (ФРГ); Rheinstahl Henschel Akt.-Ges.- Заявл. 07.12.54; Опубл.26.05.66.-3 с.
2. Способ термической обработки отливок прокатных валков: А.с.1119347. СССР. МКИ С21С5/00, 9/38 / Е. В. Колотило, Л. Х. Иванова, И. И. Ануфриев, Ж. И. Безбах, О. Ю. Масич-Стукало. - №3571631/22-02; Заявл. 21.12.82; Опубл. 15.06.84. - 9 с.
3. Способ термической обработки отливок прокатных валков: А.с. 1225250. СССР. МКИ С 21 С 5/00, 9/38 / Е. В. Колотило, Л. Х. Иванова, Л. С. Недосекин, Ю. Я. Абраменков, О. Ю. Масич-Стукало. - № 3711829/22-02; Заявл. 11.03.84; Опубл. 15.12.85. - 4 с.
4. Колотило Е. В., Иванова Л. Х. Термическая обработка чугунных прокатных валков / ДМетИ. - Д., 1989. - 186 с. - Рус. - Деп. в УкрНИИНТИ 15.08.89, №1894-Ук89. - Реф. в: Металлургия.- 1989.- № 12.
17
