Получение биметаллических заготовок центробежным способом (стр. 11 из 14)

Понижение содержания углерода способствует проявлению в большей мере положительного эффекта при небольших добавках легирующих элементов .

Поэтому, наряду с понижением содержания углерода до значений 3,2...3,4%, необходимо принимать меры к увеличению вязкости материала рабочего слоя валка, чему способствует ввод никеля в количестве 0,7...0,9%.

Несмотря на то, что повышение содержания никеля ведет к образованию более дисперсной структуры и улучшению вязкости металла, что положительно сказывается на работоспособности рифленых валков, сочетание его с хромом, карбидообразующим элементом, свыше 1,0% каждого в отдельности, ухудшает отбеливаемость рабочего слоя [21], поэтому содержание хрома в пределах 0,3.. .0,5% может считаться рациональным.

Уровень содержания кремния в чугуне предпочтительнее удерживать в пределах 0,4...0,6%, так как при большем его количестве твердость металла рабочего слоя заметно снижается [30].

Для повышения дисперсности структуры металла вводили 0,1 ...0,3% Мо.

Таким образом, рекомендованный состав для рабочего слоя валков с рифленой поверхностью представляет в %:

С = 3,2...3,4; Si = 0,4...0,6; Мп = 0,4...0,6; Сг = 0,3...0,5; Ni = 0,7...0,9, S < 0,02; Р < 0,2; Мо = 0,1...0,3.

Выбор материала рабочего слоя мелющих валков с микрошероховатой поверхностью, работающих в размольных системах, производили с учетом специфических особенностей процесса их эксплуатации.

Изнашивание поверхности этих валков происходит под воздействием усилий, которые возникают при размоле продуктов, испытывающих деформации сдвиг-сжатие, т.е. при меньших нагрузках на валок по сравнению с драными системами помола.

Поэтому уровень предела твердости рабочего слоя этих валков ниже, чем в валках, используемых в драных системах, и составляет 62...65 HSD.

Наряду с указанными характеристиками твердости чугуна, решающее значение в процессе эксплуатации этих валков приобретает самовосстанавливаемость микрошероховатой поверхности рабочего слоя при ее изнашивании.

Отсутствие этого качества приводит к образованию полированной поверхности рабочего слоя валков, что сводит к нулю их способность к дальнейшему истиранию продуктов размола и они начинают работать в холостом режиме.

Для повышения самовосстанавливаемости микрошероховатой поверхности валков использовали специфическую способность фосфора к образованию легкоплавкой фосфидной эвтектики в виде сетки по границам зерен.

Чрезмерное повышение содержания фосфора (более 0,7%) ведет к охрупчиванию чугуна, поэтому рекомендуемый уровень составляет 0,5...0,7%.

Содержание углерода при требуемой твердости может быть снижено до 3,1... 3,3 л).

Некоторое повышение содержания кремния по сравнению с нарезными валками до 0,6...0,8% способствует образованию фосфидной эвтектики более компактной формы.

Содержание никеля по сравнению с валками, имеющими рифленую поверхность, может быть понижено до 0,5...0,7% в связи с отсутствием необходимости увеличения вязкости чугуна для нарезки рифлей.

Таким образом, рекомендуемый состав рабочего слоя валка с микрошероховатой поверхностью представляет в %:

С = 3,1...3,3; Si = 0,6...0,8; Мп = 0,4...0,6; Сг = 0,3...0,4; Ni = 0,5...0,7; S < 0,02; Р = 0,5...0,7; Мо = 0,1...0,3.

В процессе всего цикла эксплуатации валков с рабочим слоем, содержащим включения фосфидной эвтектики, износ поверхности определяется различной способностью твердой и хрупкой (фосфидная эвтектика) и вязкой (металлическая основа) составляющих структуры чугуна к изнашиванию, в результате чего появляются выступы и впадины в виде микрошероховатости на поверхности бочки валка.

Для обеспечения более равномерного и компактного распределения фосфидной эвтектики в чугуне, а также повышения дисперсности его структуры рекомендуется ввод молибдена в количестве 0,1...0,3%.

4.7 Экспериментально-производственная отработка технологии отливки биметаллических валков методом центробежного литья

Для оценки качества мелющих валков, полученных по рекомендованной технологии, были отлиты три экспериментальных заготовки размером 0,26x1,2 м на установке центробежного литья с горизонтальной осью вращения.

Изучение макро- и микроструктуры, характер распределения твердости по сечению и длине отливки и показателей прочности сваривания двух слоев металла проводили на темплетах, вырезанных в трех поперечных сечениях заготовки, расположенных на расстоянии 0,25 м от ее торцев и по середине (рис. 4.5).

Механические свойства металла на растяжение, изгиб и износ определялись на образцах, вырезанных из рабочего слоя валка (рис. 4.6).

Твердость металла определяли через каждые 5 мм от поверхности заготовки бочки валка диаметром 0,25 м.

Химический состав металла рабочего слоя валков (плавочный) приведен в табл. 4.3.

Таблица 4.3 - Плавочный химический состав рабочего слоя валков

Способотливкивалка	Номер валка и плавки	Химический состав, масс. %
		С	Si	Мп	Р	S	Сг	Ni	Mo
Центробежный	1 2839	3,20	0,40	0,49	0,15	0,04	0,30	0,80	0,03
	2 2847	3,10	0,53	0,36	0,15	0,05	0,33	0,77	0,03
	3 2858	3,02	0,47	0,31	0,10	0,08	0,31	0,75	0,02

Исследование твердости центробежного и стационарного валков определяли по длине и глубине их рабочего слоя (табл. 4.4).

Рисунок 4.5 - Вид заготовок мукомольных валков с вырезанными темплетами

Анализ распределения значений твердости металла рабочего слоя свидетельствует о ее постоянстве от внешней поверхности бочки валка с последующим спадом (рис. 4.7).

Таблица 4.4 - Твердость металла рабочего слоя центробежнолитых заготовок

Способизготовлениябочки валка	Твердость (HSD) по глубине				рабочего слоя, мм
5	10	15	20	25	30	35
Центробежный	70	70	70	70	69	54	44
68	68	68	68	67	50	42
61	67	67	61	66	46	38

При этом в центробежнолитой бочке постоянное значение твердости по глубине рабочего слоя сохраняется на расстоянии 0,025 м.

Это принципиальное отличие в распределении значений твердости в металле рабочего слоя свидетельствует о потенциальных возможностях увеличения долговечности центробежнолитых мелющих валков за счет повышения количества переточек в процессе эксплуатации.

Значения твердости по длине бочки свидетельствуют о минимальной разнице в 1...2 единицы HSD в центробежнолитой бочке. Твердость металла рабочего слоя мелющих валков определяется количеством и характером распределения карбидной фазы и структуры металлической матрицы.

Исследование количества и характера распределения цементита по сечению мелющего валка показало (рис. 4.8), что его количество в рабочем слое центробежного валка составляет 45%.

Внутренняя зона стационарного валка содержит около 10% карбидной фазы, а центробежного 1...2%, что создает благоприятные условия при расточке торцевых отверстий под посадку полуосей.

Электронно-микроскопические исследования позволили определить ряд особенностей в строении карбидной фазы в зоне чистого отбела, например, выявить сравнительно тонкую и плотную ее структуру в металле центробежной отливки и более грубую в металле стационарной отливки (рис. 4.9).

..Рисунок 4.7 - Распределение твердости по сечению рабочего слоя валка о - центробежнолитые; Д – стационарнолитые

0,0/ 0,02 0,05 . 0,04, 0,05 0₍06 00

Расстояние от внешней поверхности

о - центробежнолитые; Л - стационарнолитые

Рисунок 4.8 - Распределение карбидной фазы по сечению валков

Исследования показали, что характер изменений структуры мелющих валков по их сечению соответствует особенностям распределения твердости материала рабочего и внутреннего слоя по протяженности и их уровню, который обеспечивается определенным содержанием карбидной составляющей (более 40%) в рабочем слое, дальнейшим его снижением в переходной зоне и сведением его до минимума во внутренней зоне.

Излом образца на рис. 4.10, полученный на поперечном темплете, свидетельствует о глубине отбела бочки центробежнолитого валка, который составляет 0,025 м и соответствует показателям твердости по сечению валка. Отбел на изломе характеризуется как чистый, включения графита практически отсутствуют (рис. 4.11, а, б).

Первые графитные включения в рабочей зоне валков появляются только на границе переходной (рис. 4.11, в) и внутренней зон (рис. 4.11, г). Макроструктура отливки бочки центробежнолитого валка приведена на рис. 4.12.

Снимок характеризует плотное строение металла без дефектов литейного происхождения, а также хорошую свариваемость рабочего и внутреннего слоев.

Микроструктура металла по сечению мелющих валков центробежнолитого и стационарнолитого валков представлена соответственно на рис. 4.13 и 4.14.

Отличительной особенностью этих структур является их видоизменение по сечению на протяжении трех зон:

- внешней с чистым отбелом и перлито-цементитной структурой (а) протяженностью 0,025...0,030 м (центробежнолитой) и протяженностью 0,008...0,012 м (стационарнолитой);

- переходной с перлито-цементито-графитной структурой (б) протяженностью 0,01...0,015 м (центробежнолитой) и 0,02...0,025 м (стационарнолитой);

- внутренней с перлито-графитной структурой (в).

Протяженность каждой из этих зон в сечении отливки валка является важной качественной характеристикой его служебных свойств. Установлено, что величина зоны чистого отбела определяет износостойкость валка, а переходная зона - сопротивление поломкам /21/.