FI97606C - Tela jatkuvan valamisen suorittamiseksi yhdelle telalle tai kahden telan väliin - Google Patents

Description

97606

Tela jatkuvan valamisen suorittamiseksi yhdelle telalle tai kahden telan väliin

Esillä olevan keksinnön kohteena on tela jatkuvan 5 valamisen suorittamiseksi yhdelle telalle tai kahden telan väliin, tämän telan tai telojen käsittäessä kuparista tai kupariseoksesta tehdyn ulkoisen renkaan ja keskellä olevan sydämen. Keksinnön kohteena on yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna telatyyppi, joka käsittää yleiseen tapaan jäy-10 kän sisäisen sydämen ja voimakkaasti jäähdytetyn ulkoisen renkaan, jonka kanssa kosketuksessa oleva valettu metalli jäähtyy ja jähmettyy nauhan muodostamiseksi, joka valmistetaan jatkuvasti vetämällä telan tai telojen kiertoliikkeen avulla. Tela soveltuu metalli-, erityisesti teräsnau-15 hojen jatkuvan valun suorittamiseksi.

Rengas jäähdytetään tavallisesti sisäpuoleltaan esimerkiksi renkaassa olevien jäähdytyskanavien kautta virtaavan juoksevan väliaineen avulla. Valetun metallin tehokkaan jäähdytyksen varmistamiseksi on renkaan mate-20 riaalin oltava lämpöä hyvin johtavaa materiaalia, esimerkiksi kuparia tai kupariseosta.

Renkaan on lisäksi oltava riittävän jäykkä, niin että se ei muuta muotoaan valutoimenpiteen aikana esiintyvien mekaanisten ja termisten vaikutuksen alaisena.

25 Renkaan on myös oltava liitettynä kyllin lujasti telan lieriömäiseen sydämeen niiden välisten suhteellisten siirtymien välttämiseksi.

Nämä vaatimukset johtavat teollisiin sovellutuksiin, joiden yhteydessä telojen läpimitat ja leveydet ovat 30 suuria, renkaan ollessa tehtynä yhdestä suuresta kappaleesta massiivisena ja paksuna rakenneosana, johon on muodostettava sekä j äähdytyskanavat että myös mekaaniset ank-kurointivälineet sydäntä varten.

Tällainen rengas on selostettu esimerkiksi FR-pa-35 tentti julkaisussa nro 2 654 372, joka on julkaistu 17.

97606 2 toukokuuta 1991. Tässä asiakirjassa selostetaan valutelaa yhden tai kahden telan välityksellä suoritettavaa jatkuvaa valua varten, tämän telan käsittäessä sydämen ja renkaan, joka on asetettu jäykästi tähän sydämeen keskijanaansa ja 5 koko kehäänsä pitkin lohenpyrstöliitoksen tai T-muotoisen luistiliitoksen avulla. Tämä rengas on kosketuksessa sydämen kanssa koko leveydeltään ja se pidetään reunoistaan kiinni sydämessä välineiden avulla, jotka sallivat akselin suuntaisen siirtymän mutta estävät renkaan reunojen ra-10 diaalisen siirtymän sydämen suhteen.

Tällaisen osan valmistamiseen liittyy useita ongelmia. On erityisesti vaikeaa saavuttaa tämän renkaan valamisen yhteydessä sen materiaalin riittävää homogeenisuutta. Kupariseoksia käytettäessä ei myöskään ole aivan on-15 gelmatonta suorittaa vaaditut työvaiheet jäähdytyskanavien ja sydämen liitosvälineiden muodostamiseksi. Tällaiset materiaalit ovat lisäksi kalliita.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää edellä mainittuja haittoja tai vähentää niitä suuresti 20 renkaan termisiä ja mekaanisia ominaisuuksia huonontamatta.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi keksintö tarjoaa käyttöön telan jatkuvan valamisen suorittamiseksi yhdelle telalle tai kahden telan väliin, tämän telan tai telojen 25 käsittäessä kuparista tai kupariseoksesta tehdyn ulkoisen renkaan ja keskellä olevan sydämen, keksinnön ollessa tunnettu siitä, että rengas on liitetty sen alla olevaan lieriömäiseen kantavaan osaan koko kosketuspinnaltaan metallurgisen liitoksen avulla käyttäen diffuusiohitsausta il-30 man sulatusta, ja että kantava osa on tehty teräksestä, jonka laajenemiskerroin on yhtä suuri tai suurempi kuin renkaan materiaalin laajenemiskerroin. Joko itse sydän voi toimia tällaisena kantavana osana tai tämä kantava osa voi käsittää rengasmaisen osan, jonka ulkopinta on lieriömäi-35 nen ja jonka sisäosa on varustettu välineillä mekaanista liitäntää varten sydämeen.

Il 97606 3

Rengas, joka on tehty välttämättä lämpöä hyvin johtavasta materiaalista, kykenee yleensä vain riittämättömällä tavalla kestämään huomattavia mekaanisia rasituksia.

Keksinnön mukaisesti ehdotetaan nyt käytettäväksi 5 yhdistettyä osaa, jonka yläpinnalla on vaaditut termiset ominaisuudet ja sisäpinnalla vaaditut mekaaniset ominaisuudet telan valutoimenpiteen aikana esiintyvien mekaanisten rasituksien kestämiseksi.

Vaadittavat työvaiheet renkaan ja kantavan osan 10 muodostaman yhdistelmän liittämiseksi telan sydämeen voidaan suorittaa paljon helpommim, kun tämä kantava osa tehdään esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä.

Lisäksi voidaan renkaan valmistuksessa vaadittua kuparin tai kuparipitoisten seosten määrää vähentää, mikä 15 myös alentaa telan valmistuskustannuksia.

Erään suositeltavan sovellutusmuodon mukaisesti tela on varustettu renkaan ja kantavan osan välissä olevalla metallista tai metalliseoksesta tehdyllä ohuella kerroksella, joka tekee mahdolliseksi diffuusiohitsauksen 20 avulla toteutetun liitännän yhtäältä rengasmetalliin ja toisaalta kantavan osan metalliin.

Erään toisen sovellutusmuodon mukaisesti renkaaseen on muodostettu jäähdytyskanavat sen akselin suuntaisesti, jolloin syöttö- ja poistokanavat kulkevat renkaan ja kan-25 tavan osan välisen rajapinnan läpi ja jolloin näihin syöttö- ja poistokanaviin on asetettu putket rajapinnan korkeudelle siten, että varmistetaan tiivis liitäntä renkaan ja kantavan osan välillä.

Erään lisäsovellutusmuodon mukaisesti tela on va-30 rustettu renkaan ja kantavan osan väliseen rajapintaan tehdyillä urilla, putkien ollessa asetettuina näihin uriin, näiden putkien päiden liittyessä yhtäältä renkaaseen ja toisaalta kantavaan osaan.

Tela voidaan valmistaa menetelmällä, joka käsittää 35 seuraavat vaiheet: 97606 4 - renkaan ja kantavan osan valmistamisen, - renkaan kiinnittämisen kantavaan osaan, - renkaan ja kantavan osan välisen liitännän muodostamisen diffuusiohitsauksen avulla isostaattista kuu- 5 mapuristusta käyttäen.

Tämän menetelmän suositeltavien sovellutusmuotojen mukaisesti: - ennen renkaan ja kantavan osan välisen liitännän muodostamista näiden molempien osien kosketuspintoja ra- 10 joittavat reunat hitsataan yhteen, - renkaan työstö sisältää urien tekemisen sen sisäpinnalle, ja ennen renkaan ja kantavan osan välisen liitännän toteuttamista näihin uriin asetetaan putket siten, että niiden päät tulevat tiiviisti liitetyiksi yhtäältä 15 renkaaseen ja toisaalta kantavaan osaan.

Keksinnön mukaisen telan muut tunnusmerkilliset ominaisuudet ja edut käyvät ilmi seuraavasta selostuksesta oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: - kuvio 1 esittää osittaista aksiaalista leikkausta 20 keksinnön mukaisesta telasta; - kuvio 2 esittää yksityiskohtaista kuvantoa renkaan ja kantavan osan muodostavan yhdistelmän reunasta sen valmistuksen aikana keksinnön ensimmäisen sovellutumuodon mukaisesti; 25 - kuvio 3 esittää samanlaista kuvantoa keksinnön toisesta sovellutusmuodosta; - kuvio 4 esittää osittaista leikkauskuvantoa kuvion 3 linjaa IV - IV pitkin otettuna.

Kuviossa 1 esitetty tela käsittää sydämen 2 ja ren-30 gasmaisen kantavan osan 3, joka on liitetty sydämeen kahden rengasmaisen laipan 4 ja ankkurointiosien välityksellä, joiden akseleita on merkitty numerolla 5.

Ulkoinen rengas 6 on liitetty kantavaan osaan 3 diffuusiohitsauksen avulla, tämän liitännän ollessa tehty-35 nä ennakolta isostaattista kuumapuristusta käyttäen, joi- 97606 5 loin tulokseksi saadaan renkaan ja kantavan osan käsittävä yhdistetty rakenneosa, jota kutsutaan seuraavassa yhdysosaksi .

Isostaattisen kuumapuristuksen avulla toteutettu 5 diffuusiohitsaus antaa tulokseksi lujan diffuusioliitok- sen. Tämä liitäntätekniikka vaatii korkeaa painetta ja keskenään liitettävien osien lämpötilaa, joka on sulamis-lämpötilan alapuolella, jota vaaditaan klassisen yhteen-hitsauksen yhteydessä. Suuri puristuspaine molempien osien 10 välillä johtaa niiden vastakkaisten pintojen tiiviiseen kosketukseen ja siten huokosettomaan metalliliitokseen näiden metallien keskinäisen diffuusion avulla yhteisen rajakerroksen välityksellä.

Tämän tekniikan käyttö edellä mainitun yhdysosan 15 valmistamiseen mahdollistaa renkaan 6 ja kantavan osan 3 välisen kestävän liitoksen saavuttamisen. Tämä osa 3 voidaan siten valmistaa renkaan 6 materiaalia halvemmasta materiaalista ja se on myös helpommin työstettävissä.

Yhdysosa 3, 6 voidaan varustaa renkaan 6 ja kanta-20 van osan 3 rajapinnassa olevalla metallista tai metalli-seoksesta, esimerkiksi nikkelistä tai 42 % nikkeliä sisältävästä raudan ja nikkelin seoksesta, tehdyllä ohuella kerroksella, joka voidaan liittää isostaattisen kuumapu-ristusmenetelmän avulla renkaan ja kantavan osan metalli-25 materiaaleihin, jolloin nämä metallit voidaan liittää toisiinsa, näiden metallien suoran liitännän toisiinsa ollessa vaikeaa.

Rengas 6 on tehty materiaalista, jolla on sekä suurempi lämmönjohtavuus että myös riittävä mekaaninen kestä-30 vyys sangen korkeissa, erityisesti yli 400 °C olevissa lämpötiloissa, kuten esimerkiksi Cu-Cr-Zr seoksesta, joka on sopivimmin karkaistussa tai liikakarkaistussa olotilassa.

Kantava osa on tehty materiaalista, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ympäröivässä lämpötilassa, joka on 35 helposti työstettävissä ja jonka laajenemiskerroin on so- 6 97606 pivimmin yhtä suuri tai suurempi kuin rengasmateriaalin, esimerkiksi austeniittisesta valumateriaalista GS, jonka Ni-pitoisuus on 18 %, tai tyyppiä 304 olevasta austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä.

5 Sydän on sopivimmin tehty teräksestä tai ruostumat tomasta teräksestä.

Yleensä ottaen edellä mainitun yhdysosan valmistusmenetelmä käsittää seuraavat vaiheet: - aihiot rengasta ja kantavaa osaa varten tehdään 10 tavanomaisella tavalla valamalla, - yhteenhitsattavat pinnat työstetään siten, että rengas voidaan kiinnittää paikoilleen kantavan osan ympärille pienellä välyksellä. Ennen tätä yhteenliittämistä pinnat esikäsitellään, esimerkiksi puhdistetaan, syövyte- 15 tään tai käsitellään mekaanisella tai kemiallisella tavalla, esimerkiksi elektrolyyttisen nikkelöinnin avulla, jonka kerrospaksuus on 50 - 100 pm, - yhteenliittämisen jälkeen renkaan 6 ja kantavan osan 3 välissä olevan rajakerroksen 9 reunat hitsataan yh- 20 teen rajakerroksen tiiviyden varmistamiseksi, - molemmat tällä tavoin yhteenliitetyt rakenneosat asetetaan sitten isostaattisen kuumapuristuksen alaiseksi, esimerkiksi lämpötilassa 900 °C ja paineessa 100 Mpa yhden tunnin ajan liitännän suorittamiseksi diffuusiohitsauksen 25 avulla.

Tällä tavoin tulokseksi saatu rengas voidaan sitten työstää tai asettaa erityisten termisten käsittelyjen alaiseksi, joita tarvitaan sen käyttöä varten vaadittavien metallurgisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.

30 Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisemmin edellä mainittujen materiaalien, so. seoksen Cu-Cr-Zr valintaa rengasta varten ja ruostumattoman teräksen E304 valintaa kantavaa osaa varten. Näiden materiaalien laajenemisker-toimet ovat lähellä toisiaan, ruostumattoman teräksen E304 35 laajenemiskertoimen ollessa kuitenkin hieman suurempi kuin

II

97606 7 seoksen Cu-Cr-Zr vastaava kerroin. Tämän seurauksena on se, että renkaan ja kantavan osan muodostamaan yhdistelmään kohdistettujen tennisten käsittelytoimenpiteiden jäähdytysvaiheessa kantava osa pyrkii kutistumaan hieman 5 rengasta enemmän, mikä varmistaa sen, että termisten käsittelytoimenpiteiden jälkeen rengas puristuu kokoon. Tällä tavoin esijännitetyllä renkaalla on siten parempi kestävyys halkeilua vastaan.

Voi olla edullista suorittaa tietyt työstötoimenpi-10 teet renkaassa 6 ennen sen liittämistä kantavaan osaan.

Kuvion 2 esittämässä tapauksessa jäähdytyskanava 7 on muodostettu aksiaalisessa suunnassa renkaaseen ja varustettu porausrei'illä 10 jäähdytysväliaineen syöttö- ja poistokanavan toimimista varten. Kantava osa 3 on varus-15 tettu vastaavilla porausrei'illä 10. Tässä tapauksessa, renkaan asettamisen jälkeen kantavan osan ympärille, putket 11 työnnetään porausreikien 10 ja 10' ympärille siten, että rajakerros 9 lävistetään tiiviillä tavalla, jolloin tämä tiiviys varmistetaan myös renkaan reunoja pitkin kul-20 kevien hitsisaumojen 12 avulla. Nämä putket 11 mahdollistavat siis yhtäältä rajakerroksen tiivistämisen, jota vaaditaan isostaattisen kuumapuristusmenetelmän aikana, ja toisaalta paineentasauksen jäähdytyskanavien 7 sisällä niiden muodonmuutoksen välttämiseksi renkaan kehälle koh-25 distuvan korkean paineen alaisena.

Kuvioiden 3 ja 4 esittämässä tapauksessa jäähdytys-kanavat 7 on asetettu renkaan ja kantavan osan rajapinnalle, urien 13 ollessa muodostettuina renkaan 6 sisäpuolelle ennen sen liittämistä kantavaan osaan 3. Tällöin on huo-30 mautettava, että on huomattavasti yksinkertaisempaa käyttää tällaisia uria koko pituudelle ulottuvien aukkojen poraamisen sijasta. Putket 14 asetetaan näihin uriin ja kun rengas on asetettu kantavaan osaan, putkien päät 15 hitsataan kiinni kantavaan osaan. Rajakerroksen 9 tiiviys 35 tulee siten varmistetuksi sekä myös paineentasaus putkien 14 sisäpuolella.

97606 8

Keksintö ei ole rajoittunut edellä selostettuihin sovellutusesimerkkeihin. Erityisesti isostaattinen kuuma-puristus voidaan korvata tekniikalla, joka käsittää yhtee-nliitettävien osien ympäröimisen ulospäin tiivistetyllä 5 säiliöllä, johon kohdistetaan vastaava paine.

Claims (8)

97606

1. Tela jatkuvan valamisen suorittamiseksi yhdelle telalle tai kahden telan väliin, tämän telan tai telojen 5 käsittäessä kuparista tai kupariseoksesta tehdyn ulkoisen renkaan (6) ja keskellä olevan sydämen (2), tunnettu siitä, että rengas on liitetty sen alla olevaan lieriömäiseen kantavaan osaan (3) koko kosketuspinnaltaan metallurgisen liitoksen avulla käyttäen dif fuusiohitsausta 10 ilman sulatusta, ja että kantava osa (3) on tehty teräksestä, jonka laajenemiskerroin on yhtä suuri tai suurempi kuin renkaan (6) materiaalin laajenemiskerroin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että kantava osa (3) käsittää rengasmai- 15 sen osan, jonka ulkopinta on lieriömäinen ja jonka sisäpinta on varustettu välineillä mekaanista liitäntää varten sydämeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että sydän käsittää kantavan osan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tun nettu siitä, että kantava osa on tehty ruostumattomasta teräksestä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että rengas (6) on tehty Cu-Cr-Zr -seok- 25 sesta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että se käsittää renkaan ja kantavan osan välisessä rajapinnassa (9) olevan metallista tai metalliseoksesta tehdyn ohuen kerroksen, joka voidaan kiin- 30 nittää diffuusiohitsauksen avulla yhtäältä rengasmetalliin ja toisaalta kantavan osan metallimateriaaliin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että jäähdytyskanavat (7) on muodostettu renkaaseen sen akselin suuntaisesti, että syöttö- ja pois- 35 tokanavat kulkevat renkaan ja kantavan osan välisen raja- xo 97606 pinnan läpi, ja että putket (11) on asetettu näihin syöttö- ja poistokanaviin rajapinnan korkeudelle siten, että tiiviys varmistetaan yhtäältä niiden ja renkaan ja toisaalta niiden ja kantavan osan välillä.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tun nettu siitä, että se on varustettu renkaan ja kantavan osan väliseen rajapintaan tehdyillä urilla (13), ja että näihin uriin on asetettu putket (14), joiden päät on liitetty tiiviisti yhtäältä renkaaseen ja toisaalta kanta-10 vaan osaan. 97606