DE2948783C2

DE2948783C2 - Hartmetallwalze zum Warmwalzen von Walzdraht und Stabstahl

Info

Publication number: DE2948783C2
Application number: DE2948783A
Authority: DE
Inventors: William M. Ligonier Pa. Stoll
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1986-04-10
Also published as: GB2036620A; IT7927852A0; CA1119850A; DE2948783A1; JPS5594457A; JPS5727162B2; GB2036620B; FR2443294A1; IT1125899B; FR2443294B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze aus Hartmetall auf Basis von Wolframcarbid und Kobalt, wobei ein Teil des Wolframcarbids durch Tantalcarbid ersetzt sein kann, zum Warmwalzen von Walzdraht und Stabstahl; insbesondere für einen Enddrahtdurchmesser im Bereich von 5,6 bis 12,7 mm.

Derartige Walzen werden üblicherweise bei Walzguttemperaturen zwischen 927 und 1204° C betrieben.

Die großen Walzgeschwindigkeiten, zu denen die oiodcrntn Walzwerke fähig sind, erfordern Walzenmaterialien mit einer sehr großen Beständigkeit gegenüber einem durch Wärmeermüdung verursachten Verschleiß. Sowohl die Oberflächenverschlechterung des Walzprofils oder anders gestalteter Arbeitsoberflächen als auch massive Walzenbrüche sind auf mehrere Faktoren zurückzuführen, wovon ein Hauptfaktor Wärmerisse sind, die durch abwechselndes Erhitzen und Kühlen der Walzen beim Auftreffen des heißen Stabstahls verursacht werden.

Wärmerisse auf dem Profil oder auf den Arbeitsflächen von im Gebrauch befindlichen Hartmetallwalzen treten in jedem Stadium des Walzvorgangs auf. In dem Maße, in welchem sich Wärmerisse bilden und senkrecht nach unnen unter die Oberfläche wandern, werden neu entstandene Hartmetalloberflächen für Kühlwasser zugänglich, welches heiß .vird und Wasserdampf bildet und so ein Auslaugen des Kobaltbinders aus den Rißstellen der Hartmetallwalze ermöglicht.

Da Wärmerisse sowohl infolge des Rißwachstums als auch durch das Auslaugen vertieft werden, nimmt die Verschleißgeschwindigkeit der Arbeitsoberlläche der Walze zu und der Oberflächenzustand des Stabstahls oder Walzdrahts verschlechtert sich, so daß die Walze ausgebaut und ihre Oberflächenbeschädigung abgeschliffen werden muß. Ein massiver Bruch der Waize, der durch eine auf Wärmerisse zurückzuführende Spaltung verursacht wird, kann ebenfalls auftreten.

Für geringere Walzgeschwindigkeiten und größere Durchmesser verwendet.·; Walzen, z. B. in Vor-Fertigwalzwerken und Stabstahlwalzwerken mit einem Durchmesser des fertiger, Stahls von 12,7 bis 76,2 mm, sind noch größeren Wärmespannungen unterworfen, da das Durchlaufen des Wärmezyklus durch längere Zeitintervalle zwischen dem Kontakt des Werkstücks mit der Walze und der Abkühlung beschleunigt wird.

Wärmerisse in Arbeitsoberflachen beschleunigen daher den Verschleiß und sind Ursache für Brüche und Oberflächenrauhigkeit des Walzdrahts oder Stabstahls. Aus der DE-AS 27 03 261 ist ein Walzenkörper aus Hartmetall mit 65 bis SO Gew.-% Wolframcarbid und 20 bis 35Gew.-% Kobalt, wobei bis zu 7 Gew.-% des Wolframcarbids durch Tantalcarbid ersetzt sein können, bekannt. Das Hartmetall dieses bekannten Walzenkörpers ist durch und durch mit Kobaltadern von einer

ίο Breite von 4 bis 10 um durchzogen. Der Aufbau des Hartmetalls ist also nicht homogen, sondern besteht im wesentlichen aus zwei Phasen, deren eine überwiegend aus Kobalt besteht und deren andere aus Wolframcarbid/Tantalcarbid/Kobalt besteht, wobei die Phasen

t5 nicht schichtbildend voneinander getrennt sind, sondern die Kobaltphase durchzieht den ganzen Hartn-.°tallkörper aderförmig.

Der bekannte Walzenkörper dient der Herstellung von stabförmigem oder drahtförmigem Walzgut, das au« Seinern wirkung i^rnOntingcn suiweist, L/CispiCiSVr'cise von geripptem Betonstahldraht. Zu diesem Zweck müssen in den Walzenkörper Vertiefungen durch spanabhebende Bearbeitung eingebracht werden. Die dabei entstehenden Haarrisse werden nun durch die den Hartmetallkörper durchziehenden Kobaltadern gestoppt; die Risse können also nicht »weiterlaufen« oder wachsen. Das Rißwachstum wird an der Phasengrenze zwischen Hartmetall und Kobaltadern durch plastische Verformung dieser Adern verhindert.

Der bekannte Walzenkörper besitzt, sofern er kein Tantalcarbid enthält, für viele Anwendungsfälle eine zu geringe Verschleißfestigkeit und ist andererseits in der Herstellung zu teuer, sofern er über seinen gesamten Querschnitt Tantalcarbid enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie zugleich gegenüber der Bildung von Wärmerissen beständiger und verschleißfester, aber auch möglichst preiswert herstellbar ist. Darüber hinaus soll die zu schaffende Walze beständiger gegen das Auslaugen von Kobaltbindern sein, so daß die Betriebszeit bis zum ersten oder nächsten Abschleifen der Walze verlängert und damit die bis zum Ausbau der Walze bearbeitete Stahlmenge vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Walze aus einem homogen aufgebauten, die Arbeitsfläche der Walze bildenden Mantel aus Hartmetall und aus einem mit diesem verbundenen Hartmetailkern besteht, daß der Hartmetallmantel aus 45 bis 72 Vol.-% Wolframcarbid, 23 bis 42 VoI.-% Kobalt und 5 bis 13Vol.-% Tantalcarbid und der Hartmetallkern aus 24 bis 43 Vol.-% Kobalt und im übrigen aus Wolframcarbid besteht und daß das Wolframcarbid im Kern und im Mantel zu etwa 90% eine Korngröße von 3 bis 12 um und das Tantalcarbid im Mantel zu etwa 90% eine Korngröße von 3 bis 6 μπι aufweist.

Gemäß der Erfindung wird die Wärmeermüdung und die Verschleißfestigkeit einer Hartmetallwalze durch Zusatz von Tantalcarbid zu der Zusammensetzung des Walzenmaterials verbessert. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung des Walzenmantels die folgende: Wolframcarbid 65 Vol.-%; Tantalcarbid 12 Vol.-%; und Kobalt 23 Vol.-%.
Da Tantalcarbid etwa zwei- oder dreimal so teuer ist wie Wolframcarbid, ist es etwas wirtschaftlicher, eine kompakte Verbundwalze mit einem Mantel der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung herzustellen. Der Walzenkern besteht vorzugsweise aus 76 Vol.-%

Wolframcarbid und 24 Vol.-% Kobalt.

Die erfindungsgemäße Walze ist also eine Hartmetall-Verbundwaize mit einer verschleißfesteren Außenzone (Mantel) aus Hartmetall, in welcher die Walzprofile oder Arbeitsoberflächen gebildet sind und die eine außergewöhnliche Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit infolge der Einverleibung von Tantalcarbid (TaC) in eine Wolframcarbid (WC)-Kobalt (Co) Basiszusammensetzung aufweist, und mit einem mechanisch festen Kern aus einer Wolframcarbid-Kobalt-Zusamrnensetzung, dessen Kobaltvolumen und dessen Carbidkornstruktur gleich oder ähnlich sind, wie sie im Walzenmantel vorliegen.

Beide Zonen oder Bereiche bilden einen festen einstückigen Walzenkörper und sind durch Sinterung miteinander verbunden. Für jede Zone geeignete Pulvermischungen werden zuerst in einer Pulverpresse zusammengepreßt und dann zu einem einzigen Preßling zusammengesintert. D;e Verwendung von Tantalcarbid, das in der Regel teurer ist als Wolframcarbid, ist auf die kritische periphere Arbeitszone der Walze beschränkt, so daß die verwendete Menge begrenzt ist und trotzdem eine wesentliche Verbesserung der Betriebsdauer zwischen zwei Nachschliffen der Walzenprofile erreicht wird.

Obwohl Unterschiede zwischen den Zonen in bezug auf die Carbidkorngröße und den Kobaltanteil, ausgedrückt in Vol.-%, keine Rißbildung aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mantels und des Kerns de. Walze im Betrieb und während der Herstellung verursachen, werden f-.mäß der Erfindung doch identische oder ähnliche Volumenanteile Kobalt und Carbidkorngrößenbereichc im Mantel und im Kern bevorzugt.

Beispiel

und eine beachtliche Erhöhung der Walzwerksausnutzung, da dieses weniger häufig zum Auswechseln der Walzen abgeschaltet zu werden braucht.
Obwohl ein totaler oder teilweiser Ersatz des Tantalcarbids im Walzenmantel durch binäre oder ternäre feste Carbidlösungen, einschließlich Kombinationen von Niob, Tantal oder Hafnium, oder durch die Monocarbide von Niob oder Hafnium dank der relativ guten Beständigkeit dieser Carbide gegen Wärmerisse mindestens einen Teil des mit der Erfindung erzielten wirtschaftlichen Vorteils erbringen dürfte, wird Tantalcarbid erfindungsgemäß verwendet, da sein spezifisches Gev.-icht dem von Wolframcarbid sehr nahe kommt, wodurch ein nahezu gleiches Schrumpfen während des Sinterns zwischen der äußeren und inneren Zone erleichtert wird und nahezu gleiche Bindemetallvolumen und Dichten sich nach dem Sintern ergeben, wenn gleiche Anteile an Bindemetall in den Pulvermischungen verwendet werden; Tantalkarbid ist jedoch auch deshalb bevorzugt, weil es unter allen harten Carbiden eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Wärmerißbildung aufweist.

Zwei identische Hartmetallwalzen mit einer einzigen Profilrille mit einem Durchmesser von 206,4 mm wurden mit einer Mantelzusammensetzung von 65 Vol.-% Wolframcarbid, 12 Vol.-% Tantalcarbid und 23 Vol.-% Kobalt hergestellt, wobei der Mantel über eine durch Sinterung verbundene Zwischenfläche mit einem Hartmetallkern aus 76 VoI.-% Wolframcarbid und 24 VoI.-% Kobalt zu einem Körper verbunden war. Beide Zonen wurden so hergestellt, daß nach dem Sintern die Korngröße des Wolframcarbids zu etwa 90% 3 bis 12 μίτι und die Korngröße des Tantalcarbids zu etwa 90% 3 bis 6 μΐη betrug. Die berechnete Dichte des Mantels betrug 13,79 g/cm^J und die des Ksrns 13,95 g/cm³. Der Mantel war 28,58 mm dick, was gerade ausreichte, um genug Material sowohl zur Bildung des Walzenprofils als auch für das Nachschleifen des Profils zu liefern, ohne unnötig dick zu sein, so daß der Einsatz von Tantalcarbid mit der größtmöglichen Wirtschaftlichkeit erfolgte.

Die besten bekannten Hartmetall-Kaliberfertigwalzen gleichen Durchmessers, die aus 23 bis 25 VoI.-% Kobalt und 75 bis 77 Vol.-% Wolframcarbid mit einer Korngröße nach dem Sintern von zu etwa 90% 3 bis 12μπι bestehen, ergeben etwa 72 Tonnen Walzdraht pro 0,025 mm Abschliff auf dem Walzendurchmesser. Im Vergleich dazu ergeben die erfindungsgemäßen Fertigwalzen bei einem Betrieb unter äquivalenten Walzbedingungen etwa 100 Tonnen pro 0,025 mm Abschliff, bevor die Walzen aus dem Walzgerüst genommen wurden, um zur Entfernung von Wärmeschäden an den Walzenflächen abgeschliffen zu werden. Das bedeutet eine 40%ige Erhöhung der Betriebsdauer der Walze

Claims

Patentanspruch:

Walze aus Hartmetall auf Basis von Wolframcarbid und Kobalt, wobei ein Teil des Wolframcarbids durch Tantalcarbid ersetzt sein kann, zum Warmwalzen von Walzdraht und Stabstahl, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem homogen aufgebauten, die Arbeitsfläche der Walze bildenden Mantel aus Hartmetall und aus einem mit diesem verbundenen Hartmetallkern besteht, daß der Hartmetallmantel aus 45 bis 72 VoL-% Wolframcarbid, 23 bis 42 VoL-% Kobalt und 5 bis 13 Vol.-% Tantalcarbid und der Hartmetailkern aus 24 bis 43 VoL-% Kobalt und im übrigen aus Wolframcarbid besteht und daß das Wolframcarbid im Kern und im Mantel zu etwa 90% eine Korngröße von 3 bis 12 .um und das Tantalcarbid im Mantel zu etwa 90% eine Korngröße von 3 bis 6 um aufweist