HU216115B - Cementált karbidból és öntöttvasból készült henger, valamint eljárás előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti henger legalább egy cementáltkarbid-gyűrűből és ahengertest két őldalán lévő csapőkból áll, ahől a hengertest és akarbidgyűrű vagy karbidgyűrűk grafitős öntöttvasból öntöttek őlymódőn, hőgy az öntöttvas érintkezésben van a cementáltkarbid-gyűrűneklegalább a belső felületével, a grafitős öntöttvas szövetszerkezetedöntően bainites, ahől a bainit legalább egy rés e hőkezelés sőránbainitté alakűlt aűsztenit, a cementáltkarbid-gyűrű vagy -gyűrűk azöntöttvas külső felületének legalább egy részével érintkeznek, belsőfelületük pedig az öntöttvas külső felületéh z metallűrgiai kötésselvan csatlakőztatva, és az öntöttvas, valamint a cementáltkarbid-gyűrűkközött a hűtés sőrán létrejövő zsűgőrődáskülönbség legalább részben azaűsztenitnek hőkezeléssel bainitt történő átalakításával vankiküszöbölve, és a hengertest (1), amely legalább egy cementáltkarbid-gyűrűt (2) tartalmaz, egyetlen darabból van öntve. Az eljárás sőráncementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűr ket (2) tartalmazó hengertestet (1)öntenek grafitős öntöttvasból, amelyben az öntés űtán 5–30, célszerűen15–20 t% maradék aűsztenit van, a maradék aűsztenitet egy vagy többhőkezeléssel teljesen va y részlegesen bainitté alakítják át térfőgat-növekedés mellett, annak érdekében, hőgy csökkentsék vagy teljesenmegszüntessék az öntöttvas és a cementált karbid közöttizsűgőrődáskülönbséget az öntés követő hűtés sőrán, és a hengert, amelykét őldalán csapőkkal van ellátva, egy darabból öntik és ezt követőenkész méretre esztergálják. ŕ

Description

A jelen találmány tárgya cementált karóidból és öntöttvasból készült kompozit henger, valamint eljárás előállítására, ahol a kompozit henger egyetlen darabból áll, és a cementált karbid rész, valamint az öntöttvas rész metallurgiai kötéssel van egymáshoz csatlakoztatva.

Olyan összetett anyagú hengerek, amelyek cementált karbidból készülnek, és meleg- vagy hideghengerlésre használatosak, ismertek olyan kiviteli alakban, ahol egy vagy több cementáltkarbid-gyűrű csatlakozik a hengertesthez különböző csatlakozó- vagy rögzítőelemek segítségével. Az egyik ismert megoldás szerint a csavarónyomatékot úgy viszik át a csapról a cementáltkarbid-hengerre, hogy vezetőhomyokat, illetve hajtócsapokat alakítanak ki. A cementált karbid azonban meglehetősen rideg anyag, és szakítószilárdsága korlátozott. Ezen túlmenően meglehetősen érzékeny a bemetszéseknél kialakuló feszültségekre, vagyis a korábban említett hornyok sarkainál, illetve éleinél a nyomatékátvitelkor rendkívül nagy feszültségek alakulnak ki. Ennek következtében az ilyen hagyományos megoldások nem működnek kielégítően.

A nyomatékátvitel egy másik módja a súrlódóerők felhasználása a karbidgyűrűk belső palástján. Az ilyen, sugáron fellépő erők azonban olyan tangenciális feszültségeket ébresztenek a cementáltkarbid-gyűrűben, amelyek maximuma a belső átmérőn jelentkezik. Ezek a feszültségek hozzáadódnak a hengerlés során fellépő egyéb feszültségekhez.

Olyan megoldás is ismert, amikor egy cementáltkarbid-gyűrűbe öntöttvasat öntenek, és így állítanak elő összetett anyagú hengert hideg- és meleghengerléshez Egy így kialakított hengerben a nyomatékátvitel során fellépő feszültség az öntöttvasban jelentkezik, amint azt az SE 7100170-5 számú szabadalmi leírás ismerteti. Mindazonáltal az ilyen kompozit hengerek öntése nem problémamentes. Annak következtében, hogy a hűtés során az öntöttvas nagyobb mértékben zsugorodik, mint a cementáltkarbid-gyűrű, a karbidgyűrű felületén sugárirányban a tengely felé irányuló erők lépnek fel, és hasonló irányú feszültség jelenik meg a henger palástján. Ezek a feszültségek gyakorlatilag éppen merőlegesek a henger felületén a hengerlés során fellépő mikrorepedésekre és hatásuk következtében ezek továbbhaladnak a henger mélységébe, ami törést vagy nagymértékű utánmunkálás szükségességét eredményezi. A fentiek következtében tehát az ilyen hengerek élettartalma eléggé rövid.

A probléma egy megoldása található az SE 8804503-4 számú szabadalmi leírásban, ahol is olyan megoldást ismertetnek, amely szerint több cementáltkarbid-gyűrűt öntenek egy vasötvözetből készült hengertestbe. Az öntött ötvözet lényegében grafitos öntöttvas, amely az öntés után mintegy 15-20 t% maradék ausztenitet tartalmaz. Az ezt követő hőkezelés vagy hőkezelések során az ausztenit legalább részben átalakul bainitté, és eközben térfogata megnövekszik, azaz kiküszöbölhető az öntöttvas és a cementáltkarbid-gyűrűk közötti zsugorodási különbség a lehűlés során.

A fent ismertetett eljárás segítségével azonban csupán olyan gyűrűk önthetők, amelyek azután csatlakoztathatók a csaphoz a teljes henger kialakítása érdekében. A nyomatékátvitelhez szükséges kapcsolóelemekkel átvihető nyomaték korlátozott, még akkor is, ha az öntöttvas részben helyezkednek el. Ezen túlmenően a kopásálló felület (a hengertest) mérete ugyancsak korlátozott.

További hátránya az ilyen vagy egyéb módon mechanikusan összekapcsolt hengereknek, hogy a csatlakoztatáshoz szükséges elemek helyigénye következtében a hengerlést végző cementáltkarbid-gyűrűk elhelyezése nem tetszés szerinti, és a rendelkezésre álló hely viszonylag korlátozott.

Ugyancsak ismert eljárás a centrifugális öntés, amikor forgásszimmetrikus testek előállításáról van szó. A technológia a centrifugális erőt használja ki, és forgó hengeres formában keringetik a fémolvadékot, amely így a forma falára tapad, és nyomás alatt dermed meg a kívánt alakban. Ezt a technológiát általánosan használják csövek, bélések, perselyek és hasonló alkatrészek előállítására, sőt adott esetben hengerek gyártására. Az SE 8603987-2 számú szabadalmi bejelentés szerint például hideg- vagy meleghengerléshez állítanak elő kompozit hengereket centrifugális öntéssel, amikor is külső kopásálló réteget készítenek erősen ötvözött acélból, és a magrészt vermikuláris öntöttvasból, képlékeny vasból, vagy egyszerűen öntöttacélból állítják elő.

A jelen találmánnyal olyan megoldás kidolgozása a célunk meleg- vagy hideghengerléshez használható hengerek előállítására, ahol a hengertesten egy vagy több cementáltkarbid-gyűrű helyezhető el a szükséges hengerlési feltételeknek megfelelően és a centrifugális öntéssel készített rétegek, azaz a cementált karbid és az öntöttvas rétegek között metallurgiai kötés van. A kitűzött feladatot olyan hengerrel oldottuk meg, amely legalább egy cementáltkarbid-gyűrűből és a hengertest két oldalán lévő csapokból áll, ahol a hengertest és a karbidgyűrű vagy karbidgyűrűk grafitos öntöttvasból öntöttek oly módon, hogy az öntöttvas érintkezésben van a cementáltkarbid-gyűrűnek legalább a belső felületével, a grafitos öntöttvas szövetszerkezete döntően bainites, és a bainit legalább egy része hőkezelés során ausztenitből keletkezett, a cementáltkarbid-gyűrű vagy -gyűrűk az öntöttvas külső felületének legalább egy részével érintkeznek, belső felületük pedig az öntöttvas külső felületéhez metallurgiai kötéssel van csatlakoztatva, és az öntöttvas, valamint a cementáltkarbid-gyűrűk közötti zsugorodáskülönbség a hűtés során legalább részben az ausztenitnek bainitté történő átalakításával van kiküszöbölve hőkezelés során.

A találmány szerinti eljárással a hengereket úgy állítjuk elő, hogy cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket tartalmazó hengertestet öntünk grafitos öntöttvasból, amelyben az öntés után 5-30, célszerűen 15-20 t% maradék ausztenit van, a maradék ausztenitet egy vagy több hőkezeléssel teljesen vagy részlegesen bainitté alakítjuk át térfogat-növekedés mellett, ezzel csökkentjük vagy teljesen megszüntetjük az öntöttvas és a cementált karbid közötti zsugorodáskülönbséget az öntést követő hűtés során, amikor is a találmány szerint a hengert,

HU 216 115 Β amely két oldalán csapokkal van ellátva, egy darabból öntjük, és ezt követően kész méretre esztergáljuk.

A találmány szerinti megoldás lehetővé teszi, hogy a hengerek tervezése teljesen szabadon, a kívánalmaknak megfelelően történjék, és a működő felületek kialakítását semmilyen kapcsolóelem elhelyezése ne befolyásolja.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti henger egy kiviteli alakja, a

2. ábra egy másik kiviteli alak, és a

3. ábra egy további kiviteli alakot mutat.

Az 1. ábrán látható kiviteli alaknál a henger szívós vas 1 hengertestből és ebbe ágyazott 2 cementáltkarbidgyűrűből áll.

A 2. ábrán látható kiviteli alaknál az 1 hengertestbe négy 2 cementáltkarbid-gyűrű van beágyazva.

A 3. ábrán látható kiviteli alaknál az 1 hengertestben szintén négy 2 cementáltkarbid-gyűrű van elhelyezve, de a 3 magrész egy további anyagból van kialakítva.

A cementáltkarbid-gyűrű vagy -gyűrűk formázását úgy kell végezni, hogy az öntödei homokból kialakított formában a vasolvadék ne tudjon elérni a cementáltkarbid-gyűrűk külső felületéig. Ez a találmány szerint biztonságosan megoldható.

A cementáltkarbid-gyűrű vagy -gyűrűk külső felülete alkotja lényegében a találmány szerinti kompozit hengerek munkafelületét. A korábban öntéssel előállított kompozit hengereknél nyert tapasztalatok (lásd az SE 8804503-4 számú szabadalmi leírást) alapján azt tapasztaltuk, hogy kis mennyiségű öntöttvas mindig eljutott a cementáltkarbid-gyűrűk felületéig, és ennek eredményeképpen a felületminőség romlott. A megfelelő felület biztosítása érdekében ezért ennél a megoldásnál néhány millimétert le kellett mindig esztergálni a cementált karbid réteg felületéből, hogy a sérült részeket eltávolítsuk. A találmány szerint gyártott hengereknél ez a művelet szükségtelenné vált, minthogy az öntöttvas nem jut el a cementáltkarbid-gyűrűk felületéig.

Az optimális metallurgiai kötés létrehozására célszerű az öntöttvasat az öntőüstben jelentősen túlhevíteni, és a forma feltöltését pontos technológiával, meghatározott forgási sebesség mellett végezni annak érdekében, hogy kiegyensúlyozott felületű réteg alakuljon ki a cementáltkarbid-gyűrűn, amelyet nem az öntödei homokban formáztunk, azaz azon a részen, amelyet metallurgiailag kell kapcsolni az öntöttvashoz.

A találmány szerinti kompozit henger a szükséges hőkezelés és végső méretre történő esztergálás után késztermékként jelenik meg. A csavarónyomaték átadásával kapcsolatos problémák, amelyek a korábbi megoldásoknál a cementált karbidrészek és a csapok, illetve kapcsolórész között fellépett, a találmány szerinti megoldással teljesen kiküszöbölhetők.

A találmány szerint a cementált karbidot gyakorlatilag grafitos öntöttvasba öntjük, amelynek összetételét a szükséges karbonegyenértékre állítjuk be, az SE 86 01289-7 számú szabadalmi leírásban ismertetett módon. Az öntöttvas összetételénél figyelembe kell venni a cementált karbidhoz történő metallurgiai kötés optimális feltételeit, a szilárdsági, keménységi és kopásállósági tulajdonságokat, amelyek mind szükségesek a megfelelő alakítóképesség és a nyomatékátvitel szempontjából. Ferro szilícium-magnézium és/vagy nikkelmagnézium hozzáadásával az öntött ötvözet magnéziumtartalmát 0,02-0,1, célszerűen 0,04-0,07 t%-ra állítjuk be. Ferroszilíciummal történő beoltással az öntöttvas szilíciumtartalmát 1,9-2,8, célszerűen 2,1-2,5 t%ra lehet beállítani. Ily módon képlékeny vasanyag nyerhető, amelyben jól eloszlott gömbgrafit található. Ez a szívós vas rendelkezik a felhasználáshoz szükséges mechanikai tulajdonságokkal. Hőkezelt állapotban keménysége 250-300 HB.

Célszerű a vasat ausztenitképző ötvözőelemekkel is ellátni. Alkalmazhatunk nikkelt 3-10, előnyösen 4-81% mennyiségben, aminek eredményeképpen mintegy 5-30, előnyösen 10-25, célszerűen 15-20 t% maradék ausztenit képződik az öntés után. Hőkezeléssel vagy hőkezelésekkel a maradék ausztenit térfogata növekszik az átalakulás során, amikor is bainitté vagy egyéb szövetelemmé alakul. A térfogat-növekedést úgy lehet beállítani, hogy a kompozit hengerben létrejövő zsugorodási különbséget a hűtés során teljesen, vagy legalábbis részben kiküszöböljük. Ennek elvégzése függ a cementált karbid minőségétől, az öntöttvas összetételétől és a felhasználási területtől. A hőkezelés során 800-1000 °C-os hőn tartást, hűtést és 400-550 °C-on történő hőn tartást, majd további, szobahőmérsékletre történő hűtést végzünk.

Egy alternatív megoldás szerint a henger állhat egy vagy több cementáltkarbid-gyűrűből és az öntöttvas hengertestből, míg a magrész és a csapok egy másik öntvényből készülnek centrifúgális vagy hagyományos öntéssel.

Egy további lehetőség az, hogy a hengerben a cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket csak egy gyűrű alakú hengertestbe öntjük.

A találmány szerinti eljárással tehát komplett cementáltkarbid-munkafelülettel ellátott hengereket készítünk meleg vagy hideghengerléshez. Az eljárás során legalább egy szintereit cementáltkarbid-gyűrűt helyezünk öntőformába és centrifúgális öntőberendezésbe oly módon, hogy a gyűrű belső palástját és oldalfelületeit szabadon hagyjuk az öntöttvas számára. Ezután a formát megforgatjuk, és a megfelelő sebesség elérésekor öntöttvasolvadékot öntünk a már említett összetételben és hőmérsékleten a forgó formába. Ezután az öntöttvas a forma falára tapad, és nyomás alatt megdermed. Szobahőmérsékletre történt lehűtés után a hengert megtisztítjuk, és az említett hőkezelést végezzük.

Az eljárás egy változata szerint cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket öntünk a fenti öntöttvas hengertestbe, majd a magrészt és a csapokat egy másik fajta öntöttvasból, centrifúgális vagy statikus öntéssel készítjük.

Egy további változat szerint cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket öntünk gyűrű alakú hengertestekbe, centrifúgális öntéssel.

A találmány további részleteit kiviteli példa segítségével ismertetjük:

HU216 115 Β t% volfram-karbidot, 13 t% kobaltot, 1 t% nikkelt és 2 t% krómot tartalmazó színtereit, cementáltkarbid-gyűrűt formáztunk centrifugális öntőberendezésben, ahol a forma öntőhomokból volt kialakítva. A karbidgyűrű méretei a következők voltak:

külső átmérő 340 mm, belső átmérő 260 mm, szélesség 100 mm.

Az öntés során a cementáltkarbid-gyűrű belső palástja és oldalfelületei (a 260 és 310 mm átmérő között) szabadon maradtak az öntöttvas és a cementált karbid közötti metallurgiai kötés létrehozásához.

A formát megforgattuk 400 fordulat/perc sebességgel, és egy 3,7 t% karbonból, 2,3 t% szilíciumból, 0,3 t% mangánból, 5,4 t% nikkelből, 0,2 t% molibdénből, 0,05 t% magnéziumból és a maradékban vasból álló vasolvadékot öntöttünk 1540 °C-on a forgó formába. Az öntés időtartama körülbelül 1 perc volt. Ez alatt a forgást fokozatosan leállítottuk.

A kompozit henger hűlése után az öntvényt megtisztítottuk, és ultrahangos vizsgálattal ellenőriztük. A metallurgiai kötés minősége jó volt.

A hengert ezután hőkezeltük, hogy a maradék ausztenitet bainitté alakítsuk. A hőkezelést 900 °C-on végeztük 6 órás hőn tartással, majd 450 °C-ra hűtöttük le, és ezen a hőmérsékleten tartottuk 4 órán át, ezt követően pedig szobahőmérsékletre hűtöttük. A cementáltkarbid-gyűrű szabad felülete oxidálódásgátló közeggel volt bevonva, minthogy a hőkezelés nem védőgázban történt. A készített henger méretei a következők voltak:

hengertest:

310 mm (cementált karbid, 0 340 mm) χ 500 mm, csapok: 0 220 χ 300 mm + 200 χ 520 mm.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Cementált karbidból és öntöttvasból készült henger, elsősorban hideg- vagy meleghengerléshez, amely hengertestből, legalább egy cementáltkarbid-gyűrűből, és a hengertest két oldalán lévő csapokból áll, ahol a hengertest és a karbidgyűrű vagy karbidgyűrűk grafitos öntöttvasból öntöttek oly módon, hogy az öntöttvas érintkezésben van a cementáltkarbid-gyűrűnek legalább a belső felületével, a grafitos öntöttvas szövetszerkezete döntően bainites, ahol a bainit legalább egy része hőkezelés során bainitté alakult ausztenit, a cementáltkarbidgyűrű vagy -gyűrűk az öntöttvas külső felületének legalább egy részével érintkeznek, belső felületük pedig az öntöttvas külső felületéhez metallurgiai kötéssel van csatlakoztatva, és az öntöttvas, valamint a cementáltkarbid-gyűrűk között a hűtés során létrejövő zsugorodáskülönbség legalább részben az ausztenitnek hőkezeléssel bainitté történő átalakításával van kiküszöbölve, azzal jellemezve, hogy a hengertest (1), amely legalább egy cementáltkarbid-gyűrűt (2) tartalmaz, egyetlen darabból van öntve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti henger, azzal jellemezve, hogy a henger centrifugálöntéssel készült.
3. 3. A 2. igénypont szerinti henger, azzal jellemezve, hogy az öntöttvas hengertest (1), amely a cementáltkarbid-gyűrűket (2) tartalmazza, másik öntött ötvözetből centrifugális vagy statikus öntéssel készült magrésszel és csapokkal van ellátva.
4. 4. A 2. igénypont szerinti henger, azzal jellemezve, hogy a henger egy vagy több olyan cementáltkarbidgyűrűt (2) tartalmaz, amelyek gyűrű alakú hengertestbe (1) vannak öntve.
5. 5. Eljárás henger, elsősorban meleg- vagy hideghengerléshez használt henger előállítására, amelynek során cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket tartalmazó hengertestet öntünk grafitos öntöttvasból, amelyben az öntés után 5-30, célszerűen 15-20 t% maradék ausztenit van, a maradék ausztenitet egy vagy több hőkezeléssel teljesen vagy részlegesen bainitté alakítjuk át térfogatnövekedés mellett, ezzel csökkentjük vagy teljesen megszüntetjük az öntöttvas és a cementált karbid közötti zsugorodáskülönbséget az öntést követő hűtés során, azzal jellemezve, hogy a hengert, amely két oldalán csapokkal van ellátva, egy darabból öntjük, és ezt követően kész méretre esztergáljuk.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az öntést centrifugális öntéssel végezzük.
7. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a centrifugális öntés során a cementáltkarbid-gyűrűt vagy -gyűrűket beöntjük az ágyazóötvözetbe, majd a magrészt és a csapokat öntjük egy másik ötvözetből centrifugális vagy statikus öntéssel.
8. 8. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egyetlen, gyűrű alakú hengertestet öntünk.