Спосіб виготовлення деталей прокатного обладнання

Винахід відноситься до області електродугового наплавлення і може бути використаний при виготовленні циліндричних деталей прокатного обладнання в чорній металургії. Виготовлення циліндричних деталей обмежено складністю нанесення зносостійкого покриття і підвищення працездатності деталей прокатного обладнання. Відомий спосіб виготовлення циліндричних деталей шляхом електродугового наплавлення [1], у процесі якого електродний і основний метал розплавляються, що забезпечує зближення атомів на міжатомну відстань і виникнення міжатомних сил зв'язків. Однак при електродуговому наплавленні внаслідок тепловнесення в деталях виникають значні зварювальні напруги, що приводять до виникнення тріщин, відшаровуванню наплавленого металу і зниженню зносостійкості деталей прокатного обладнання. Відомий спосіб виготовлення прокатного валка [2], при якому до осі валка приварюють навиту у формі спирали смугу, що навивають по довжині бочки валка пошарно, причому смугу одночасно приварюють до бочки валка чи нижчележачому шару і зварюють між собою, а зварний шов кожного наступного шару зміщають щодо попереднього на величину, рівну половині ширини смуги. Однак при цьому неможливо виключити виникнення зварювальних напруг і при виготовленні валків з високовуглеродистої сталі необхідні попередній і супутній підігрів, термообробка й уповільнене охолодження. Відомий, узятий за прототип, спосіб виготовлення бандажованих прокатних валків [3], при якому для з'єднання витків смуги з віссю валка й один з одним за рахунок електромагнітних сил притягання уздовж смуги й у поперечному перерізі валка пропускають постійний струм співпадаючого напрямку, при цьому силу струму визначають відповідно до залежності: B I = (11 - 12 ) × 10 5 , D де І - сила стр уму; В - ширина смуги, м; D - діаметр валків, м. Однак при цьому для міцного зчеплення смуги з валком необхідна велика величина струму, що пропускається по валку і смузі, і для підвищення зносостійкості виготовлення смуги з високовуглеродистої сталі. Це знижує пластичні властивості смуги і приводить до значного підвищення величини струму. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб виготовлення деталей прокатного обладнання, у якому використання нових умов здійснення дій дозволить знизити величину струму, зварювальні напруги, підвищити тріщиностійкість і зносостійкість циліндричних деталей. Поставлена задача зважується за рахунок того, що в способі виготовлення деталей прокатного обладнання , при якому по деталі і металу пропускають постійний струм співпадаючого напрямку, відповідно винаходу метал підгортають до деталі з механічним тиском, величину якого встановлюють у залежності від процесу відповідно до вираження: B P = (12 - 14 ) ×10 6 , МПа, RI де В - ширина металу, мм; R - радіус деталі, мм; І - величина постійного струму, що пропускається по деталі і металу, А. Додаток до металу, що навивається, механічного тиску у заявленій залежності забезпечує зміну напруженодеформаційного стану металу і деталі в місці з'єднання, що приводить до різкого збільшення індукції й у квадратичній залежності електромагнітного тиску. Під дією механічного тиску порушується рівновага атомів у місці контакту, що приводить до різкого зниження тиску, необхідного для пластичної деформації. На початку при досягненні границі текучості починається пластична деформація і гнучка металу по радіусу. При цьому під дією механічного тиску при вигині металу порушуються міжатомні зв'язки з розташованою на металі окалиною, що видавлюється з поверхні. Контактні поверхні нівелюються і зближаються на міжатомну відстань за рахунок електромагнітних сил притягання, що зростають при зменшенні відстані між атомами. Електромагнітні сили й електромагнітний тиск різко зростають унаслідок розташування металу і деталі під гострим кутом і концентрації силових ліній поля в місці контакту. При цьому електромагнітні поля деталі і металу в місці контакту взаємно знищуються, і утворюється одне поле, що забезпечує існування деталі з металом як єдиного тіла. При додатку механічного тиску відбувається зміцнення металу, що підвищує зносостійкість деталей. Крім того, унаслідок навивки тонкого металу трі щини, утворені в процесі експлуатації під дією значних ударних, силових навантажень і термічного впливу на поверхні деталі, зупиняються на границі шарів, що підвищує тріщиностійкість і зносостійкість деталей прокатного обладнання. Підвищення зносостійкості валків приводить до поліпшення якості, зниженню видаткового коефіцієнта металу на тонну прокату і собівартості прокату. Для з'єднання навитого металу з деталлю при додатку механічного тиску використовується струм меншої величини, що знижує енергоємність і собівартість процесу відновлення і зміцнення деталей металургійного обладнання. Всі існуючі способи виготовлення деталей прокатного обладнання засновані на зближенні атомів на міжатомну відстань за рахунок розплавлювання електродного металу, крайок металу, поверхні деталі і виникнення електромагнітних сил притягання. Заявлений винахід заснований на ефективному способі зближення атомів на міжатомну відстань за рахунок комплексу впливу електромагнітного тиску притягання і механічного тиску в залежності від ширини метала, радіуса деталі і величини струму, що пропускається по деталі і металу. Отже, даний спосіб виявляє свої властивості - забезпечення виникнення сил міжатомної взаємодії по всій поверхні контакту металу і деталі за певних умов, а саме при підгортанні металу до деталі в процесі пропущення постійного струму однакового напрямку з механічним тиском, величину якого встановлюють у залежності від процесу відповідно до вираження: B , МПа, RI де В - ширина металу, мм; R - радіус деталі, мм; І - величина постійного струму, що пропускається по деталі і металу, А. Виходить, ці умови є суттевими, а додаток механічного тиску в заявленій залежності від ширини металу, радіуса деталі і величини струму, що пропускається, забезпечує виникнення нового ефекту різкого збільшення електромагнітного поля, електромагнітного тиску, виникнення сил міжатомної взаємодії при менших значеннях величини струму і міцне з'єднання металу з деталлю по всій поверхні контакту. При додатку механічного тиску в процесі виготовлення деталей прокатного обладнання величиною менш B 12 × 10 6 , МПа не забезпечується видавлювання окісної плівки між контактними поверхнями й одержання RI ефекту різкого збільшення електромагнітного тиску. У результаті не забезпечується зближення атомів на міжатомну відстань і одержання міцного зчеплення смуги з деталлю. Крім того, не забезпечується зміцнення метала і знижується зносостійкість деталей. B При додатку механічного тиску більш 14 ×10 6 , МПа зменшується ефект електромагнітного притягання і не RI забезпечується міцне зчеплення металу з деталлю на атомному рівні, що знижує зносостійкість деталей прокатного обладнання. Крім того, при високих механічних тисках на металі утворюються тріщини, які при прокатці поширюються, що приводить до зниження зносостійкості деталей. Спосіб виготовлення деталей прокатного обладнання здійснюється в такий спосіб. Деталь встановлюють у токарський верстат, роблять механічну обробку деталі з метою видалення тріщин розпалу, що утворилися в процесі експлуатації, і зачищення металу. Метал підгортають до деталі, пропускають постійний струм однакового напрямку і прикладають механічний тиск відповідно до вираження: B P = (12 - 14 ) × 10 6 , МПа . RI Приклад. Вироблялося виготовлення прокатних валків радіусом 500мм шляхом пропущення постійного струму однакового напрямку по валку і металу із сталі 20Х4МФБ шириною 50мм і додатка механічного тиску різної величини. Як джерело харчування використовували випрямляч контактного зварювання. Токопідвід здійснювався до валка і металу. Результати проведених досліджень впливу величини прикладеного механічного тиску на зносостійкість валків представлені в таблиці. У результаті проведених досліджень установлено, що при пропущенні по деталі і металу постійного струму B однакового напрямку підгортання смуги до деталі з механічним тиском величиною P = (12 - 14 ) × 10 6 , МПа є RI оптимальним. Використання пропонованого способу в порівнянні з існуючими забезпечує наступні переваги: міцне зчеплення метала з деталлю за рахунок різкого збільшення електромагнітного тиску, зближення атомів на міжатомну відстань, взаємного проникнення атомів і збільшення площі контакту; підвищення зносостійкості деталей прокатного обладнання за рахунок збільшення площі контакту під дією електромагнітного тиску, що зростає в квадратичній залежності від індукції електромагнітного поля, зменшення кількості тріщин і зміцнення поверхні під дією механічного тиску; зниження енергоємності процесу і собівартості виготовлення деталей прокатного обладнання. Використання пропонованого способу забезпечує підвищення зносостійкості деталей прокатного обладнання, поліпшення якості і зниження собівартості прокату. P = (12 - 14 ) ×10 6 Таблиця Спосіб Відомий (прототип) Пропонований В=50мм, R=500мм B P = 11× 10 6 (55МПа ) RI B P = 15 × 10 6 ( 75МПа ) RI B P = 12 × 10 6 ( 60МПа ) RI B P = 14 × 10 6 ( 70МПа ) RI В=50мм, R=500мм B P = 11× 10 6 (73МПа ) RI B P = 16 × 106 (107МПа ) RI B P = 12 × 10 6 (80МПа ) RI Величина струму, А 76000 Кількість прокатаного металу, тис. тонн 500 Довжина Знос валка, тріщин, мм мм 20,0 3,5 20000 500 10,0 3,0 20000 500 7,0 2,5 20000 500 5,0 1,5 20000 500 5,0 1,5 15000 500 10,0 3,0 15000 500 7,0 2,5 15000 500 5,0 1,5 P = 14 × 10 6 B ( 93МПа ) RI 15000 500 5,0 1,5 Література: 1. Фрумин И.И., Юзвенко Ю.А., Лейначук Е.И. Те хнология механизированной наплавки. - М.: Вища школа, 1965. - 306с. 2. А.С.1655683 СССР МКИ В23К 9/04 Способ изготовления прокатного валка / В.И.Щетинина. 3. А.c. 1754239 СССР МКИ В21В27/02 Способ изготовления бандажированных прокатных валков / В.И.Щетинина, С.В.Щетинин.