DE69605723T2

DE69605723T2 - Verbundwalze

Info

Publication number: DE69605723T2
Application number: DE69605723T
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Karlsson; Karl-Johan Maderud
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: SE9502639L; JP3977461B2; KR970005425A; AU5611996A; AU714031B2; CN1068634C; SE504707C2; BR9603067A; ATE187988T1; CN1145828A; US6490793B1; EP0753594A1; US6095958A; EP0753594B1; KR100415367B1; JPH0931591A; SE9502639D0; ES2142040T3; RU2158640C2; DE69605723D1

Description

Verbundwalze

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundwalze einschließlich wenigstens eines Hartmetallringes und Kugelgraphitgußeisengehäuses.
Die Verbundwalze kann als eine vollständige Walze oder als ein Walzenring, der an einer Antriebsspindel zu befestigen ist, verfügbar sein.
Verbundwalzen mit Hartmetall für heißes oder kaltes Walzen umfassen einen oder mehrere Hartmetallring(e) mit einem Gehäuse von Gußeisen, das an einer (Antriebs)-Spindel durch verschiedene Kupplungen und Verankerungseinrichtungen befestigt ist. Ein Problem mit solchen Walzen besteht darin, daß während des Kühlens von der Gießtemperatur das Gehäuse mehr als der Hartmetallring schrumpft. Als ein Ergebnis werden nach innen gerichtete Kräfte auf den Hartmetallring erzeugt, was zum Entstehen axialgerichteter Zugkräfte auf die Außenoberfläche des Hartmetallringes führt, die senkrecht zu Mikrorissen wirken, welche in der Walzenoberfläche während des Walzens erzeugt werden. Unter dem Einfluß dieser Zugspannungen schreiten die Mikrorisse in ihrer Tiefe voran, was einen Walzenbruch oder die Notwendigkeit einer übermäßigen Menge an Kaltnachwalzen verursachen kann, was die Gesamtwalzleistung der Walze begrenzt.
Eine Lösung dieses Problems ist in der US-Patentschrift Nr. 5 044 056 beschrieben, gemäß der ein oder mehrere Hartmetallring(e) zu einem Gehäuse von im wesentlichen graphitischem Gußeisen gegossen werden, welches nach dem Gießen die Gefügeelemente Bainit und Restaustenit, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.-%, enthält, welche bei einer oder mehreren anschließenden Hitzebehandlungsstufe(n) ganz oder teilweise in ein Bainit umgewandelt werden. Auf diese Weise erhält man einen günstigen Spannungszustand. Diese Hitzebehandlung ist jedoch eine kostspielige und zeitraubende Operation, so daß es günstig wäre, diese auszuschalten. Die US-Patentschriften Nr. 5 248 289 und 5 359 772 beschreiben, daß selbst eine vollständige Walze auf gleiche Weise mit beibehaltener guter Bindung zwischen dem Gußeisen und dem Hartmetall hergestellt werden kann. Hitzebehandlung von vollständigen Walzen mit einer Länge von bis zu 2500 mm erfordert jedoch Öfen mit großen Abmessungen, und lange Hitzebehandlungen erhöhen die Zeit von Tor zu Tor. Das resultierende Gefüge mit einem Gemisch von Bainit und Restaustenit ist auch sehr schwierig zu bearbeiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß durch Verwendung einer Legierung, die beim Gießen ein Material mit einem Perlit- und Ferritgefüge ergibt, der erwünschte Spannungszustand in Kombination mit einer guten metallurgischen Bindung ohne die nachfolgende Hitzebehandlung der Walze erzielt wird. Das Gußeisen ist im gegossenen Zustand leicht zu bearbeiten und hat eine Härte-Zähigkeit-Festigkeit, welche während der Verwendung der Walze gut ausgeglichen ist.
Fig. 1 zeigt eine Verbundwalze, die zur Befestigung auf einer Spindel aus einem Hartmetallring (2) und einem Gußeisengehäuse (1) besteht.
Fig. 2 zeigt eine vollständige Walze einschließlich eines Walzenkernes und Laufzapfen (1) mit einem eingegossenen Hartmetallring (2).
Fig. 3 zeigt die Mikrostruktur des Kugelgraphitgußeisens gemäß der Erfindung, worin
3 = Graphitkugeln,
4 = Perlit,
5 = Ferrit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Hartmetall zu einem im wesentlichen graphitischen Gußeisen mit einer Zusammensetzung gegossen, die so eingestellt ist, daß das Kohlenstoffäquivalent, Ceqv = % C + 0,3 (% Si + % P), 2,5 bis 6, vorzugsweise 3,5 bis 5 ist. Ferrosilicium-Magnesium und/oder Nickel-Magnesium werden/wird zu dem Gußeisen bis zu einem Magnesiumgehalt von 0,02 bis 0,10 Gew.-%, vorzugsweise 0,04 bis 0,07 Gew.-% zugesetzt. Durch Impfung mit Ferrosilicium bekommt das Gußeisen einen Siliciumgehalt von 1,9 bis 2,8 Gew.-%, vorzugsweise 2,1 bis 2,5 Gew.-%. Dadurch erhält man ein Kugelgraphitgußeisen mit darin dispergiertem Kugelgraphit. Weiterhin soll das Eisen mit Elementen legiert werden, die die Kohlenstoffdiffusion verzögern, vorzugsweise Nickel in einer Menge von 0,5 bis 4, vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-%, und Magnesium in einer Menge von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0,6 bis 0,7 Gew.-%, was zu einem Perlit- und Ferritgefüge mit nicht weniger als 40 Vol. % Perlit und einer Menge von < 5 Vol.% Restaustenit führt. Ni und/oder Cu können/- kann teilweise durch bis zu 1 Gew.-% Mo ersetzt werden. Für ein Gewicht des Gußeisenanteils der Walze von mehr als 1000 kg ist eine Zugabe von < 2 Gew.-%, vorzugsweise von 0,01 bis 1 Gew.-% Cu zweckmäßig. Im gegossenen Zustand hat das Gußeisen in der Walze eine Brinellhärte von 190 bis 250 für ein Gewicht zwischen 200 und 1000 kg des Gußeisenanteils der Walze.
Bei einer Ausführungsform ist die Walze eine vollständige Walze einschließlich des Walzenkerns und der Laufzapfen mit wenigstens einem Hartmetallring. Der Walzenkern und die Laufzapfen können aus einer anderen Gußlegierung bestehen. Beispielsweise zeigt Fig. 1 eine Verbundwalze, die aus einem Hartmetallring 2 und einem Gußeisengehäuse 1 besteht, zur Befestigung auf einer Spindel, während Fig. 2 eine vollständige Walze einschließlich des Walzenkerns und der Laufzapfen 11 mit einem eingegossenen Hartmetallring 2 zeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält die Mikrostruktur des Kugelgraphitgußeisens der Walze Graphitkugeln 3, Perlit 4 und Ferrit 5.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform umfaßt die Walze einen Hartmetallring (oder -ringe), der (die) nur in ein ringfömriges Gehäuse gegossen ist (sind), und diese Ringe sind an einer (Antriebs)-Spindel durch verschiedene Kupplungen und Verankerungseinrichtungen befestigt.
Gemäß der Erfindung bekommt man auch ein Verfahren zur Herstellung einer vollständigen Walze einschließlich des Walzenkerns und der Laufzapfen oder des oder der Hartmetallringes/Hartmetallringe nur in ein ringförmiges Gehäuse eingegossen, wobei dieser Ring oder diese Ringe an einer Spindel für heißes oder kaltes Walzen befestigt ist/sind. Gemäß dem Verfahren wird wenigstens ein gesinterter Hartmetallring in einer Form mit der Innenfläche des Ringes und seinen Seitenflächen für einen Kontakt mit dem Gußeisen frei angeordnet. Die Form wird mit geschmolzenem Gußeisen in der obigen Zusammensetzung und bei geeigneter Temperatur gefüllt. Nach dem Kühlen auf Raumtemperatur wird die Walze gereinigt und maschinell auf die Endform und -abmessung gebracht.
Bei einer Ausführungsform wird das Gießen nach der statischen Methode durchgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Walze durch statisches Gießen in eine Form gebracht, bei der der Einlaß in einer tangentialen Ausrichtung zu der inneren Oberfläche des Hartmetallwalzenringes vorliegt.
Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt das Gießen durch Zentrifugalgießen. Die Form wird gedreht, und wenn eine geeignete Geschwindigkeit, etwa 400 U/min. erreicht ist, wird das geschmolzene Gußeisen in die sich drehende Form gegossen. Die Drehgeschwindigkeit wird während der Eingießzeit, welche etwa 1 min beträgt, kontinuierlich vermindert. Als ein Ergebnis hiervon wird das geschmolzene Eisen gegen die Wand der Form geschleudert und unter Druck verfestigt. Der Hartmetallring (oder die Hartmetallringe) wird (werden) alternativ nur in ein Gehäuse von erwähntem Gußeisen gegossen, wonach Kern und Laufzapfen entweder durch Zentrifugal- oder statisches Gießen einer anderen Gußlegierung gegossen werden.
Um die optimale metallurgische Bindung zwischen Hartmetall und Gußeisen zu erreichen, ist es erforderlich, eine Übertemperatur des Eisens in der Mulde von 200 bis 300ºC zu verwenden, kombiniert mit innen gesteuertem Befüllen der Form und im Falle von Zentrifugalgießen in Kombination mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit, um ein abgeglichenes Erhitzen und Schmelzen einer Oberflächenschicht des Teils des Harmetallringes zu bekommen, welcher nicht in dem Gießereisand geformt wird, d. h. dem Teil, welcher metallurgisch an das Gußeisen gebunden werden soll. Eine Übergangszone zwischen Hartmetall und Gußeisen von 1 bis 5 mm Breite erwies sich als zufriedenstellend.
Die vorliegende Verbundwalze umfaßt nach der maschinellen Bearbeitung zu der Endform und -abmessung eine vollständige Walze oder einen Walzenring. Die Schwierigkeiten mit bestehenden eingegossenen Walzen, einen Hitzebehandlungsofen mit den erforderlichen Abmessungen zu bekommen, und die Kosten und der Zeitverlust, die diese Hitzebehandlung hervorrufen, werden durch Verwendung der gegossenen Legierung nach der Erfindung ausgeschaltet.

Beispiel

Ein gesinterter Hartmetallring mit der Zusammensetzung 70% WC, 13% Co, 15% Ni, 2% Cr, alles Gewichtsprozente, wurde in Gießereisand geformt. Die Abmessungen des Hartmetallringes waren:
Außendurchmesser: 340 mm
Innendurchmesser: 260 mm
Breite: 100 mm
Nach dem Formen waren die Innenfläche des Hartmetallringes und seine Seitenoberflächen zwischen dem inneren Durchmesser und einem Durchmesser von 310 mm frei, um dort eine metallurgische Bindung zwischen dem Hartmetall und dem Gußeisen zu erzeugen.
Die Walze wurde durch statisches Gießen in eine Form gegossen, wo der Einlaß in einer tangentialen Richtung zu der Innenfläche des Hartmetallwalzenringes lag. Eine Gußeisenschmelze der Zusammensetzung 3,5% C, 2,2% Si, 0,6% Mn, 1,65% Ni, 0,05% Mg und dem Rest Fe, alles Gewichtsprozente, wurde bei einer Temperatur von 1540ºC in die Form gegossen. Die Dauer des Eingießens war etwa 1 min.
Nach dem Abkühlen wurde die Verbundwalze gereinigt und nach einer Ultraschallmethode geprüft. Die Qualität der metallurgischen Bindung war gut. Die Walzenabmessungen waren:
Trommel: 340 (gebundenes Carbid 340 mm) · 500 mm
Laufzapfen: 220 · 300 mm + 220 · 520 mm

Claims

1. Verbundwalze, vorzugsweise für Heiß- und Kaltwalzen, mit wenigstens einem Hartmetallring, der in eine Gußlegierung gegossen ist, welche im wesentlichen graphitisches Gußeisen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen > 40 Vol.% Perlit enthält und zusätzlich zu Fe (in Gewichtsprozenten) folgende Zusammensetzung hat:

Si 1,9 bis 2,8

Mg 0,02 bis 0,10

Ni 0,5 bis 4

Mn 0,1 bis 1

Cu < 2

Mo ≤ 1

und mit Ceqv 2,5 bis 6, worin Ceqv = % C + 0.3 (% Si + % P).

2. Walze nach dem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen folgende Zusammensetzung zusätzlich zu Fe (in Gewichtsprozenten) hat:

Si 2,1 bis 2,5

Mg 0,04 bis 0,07

Ni 1 bis 2

Mn 0,6 bis 0,7

Cu 0,01 bis 1

und mit Ceqv 3,5 bis 5.