Limited, Bury (Wielka Brytania) Walec, zwlaszcza do prasy walcowej Przedmiotem wynalazku jest walec, zwlaszcza do prasy walcowej, zawierajacy powloke o znacz¬ nej wielkosci nie tylko w odniesieniu do srednicy lecz takze stosunku dlugosci do srednicy. Znany jest walec zawierajacy nieruchome jadro i ulozys- kowana obrotowo, wielowarstwowa, odlewana od¬ srodkowo powloke.Wada tego rodzaju walca jest mala zywotnosc wynikajaca z pekania jego warstwy zewnetrznej, powstajacego wskutek przenoszenia naprezen roz¬ ciagajacych przez warstwe zewnetrzna. Celem wy¬ nalazku jest unikniecie wymienionej niedogodnosci.Zadaniem wynalazku jest wykonanie walca, któ¬ ry posiadalby wstepne naprezenia sciskajace w warstwie zewnetrznej, które redukowalyby napre¬ zenia rozciagajace jakim jest poddany walec pod¬ czas pracy.Zadanie to zostalo rozwiazane przez wykonanie walca zawierajacego nieruchome jadro i ulozysko- wana obrotowo wielowarstwowa, odlewana odsrod¬ kowo powloke, w którym zgodnie z wynalazkiem zewnetrzna warstwa ze stopionego zeliwa utwar¬ dzonego jest polaczona trwale posrednia warstwa z zeliwa polowicznego, z miekka wewnetrzna war¬ stwa z niskostopowego zeliwa szarego, przy czym objetosc calkowita warstwy posredniej i warstwy wewnetrznej jest dwa do czterokrotnie razy wiek¬ sza niz objetosc zewnetrznej warstwy, w celu pod¬ dania jej wstepnemu naprezeniu sciskajacemu w kierunku osiowym i obwodowym. Grubosc sciany powloki walca wynosi V3 do 1/10 srednicy zewnetrz¬ nej.Taka powloka walca odlana jest odsrodkowo w celu uzyskania twardego obszaru powierzchni ze- 5 wnetrznej na obwodzie z zeliwa utwardzonego, który jest zamocowany i podtrzymywany przez za¬ sadniczo dwu do czterokrotnie wieksza objetosc szarego zeliwa, lanego podczas procesu odlewania odsrodkowego w wielu oddzielnych operacjach za- io lewania, korzystnie tylko dwóch tak, ze pierwsze zalewanie zasadniczo zeliwa szarego w kierunku wewnetrznej powierzchni twardego obszaru po¬ wloki zeliwa utwardzonego „splucze" skutecznie tylko stosunkowo niewielka ilosc materialu stopo- 15 wego z obszaru powloki zeliwa utwardzonego, od¬ lanego uprzednio, i taki zalew wstepny zasadniczo szarego zeliwa bedzie mial wobec tego plamista strukture zeliwa z zawartymi w niej twardymi wtraceniami ze skladników stopowych, które moga 20 byc wchloniete przez pierwszy zalew zeliwa sza¬ rego.Drugi zalew szarego zeliwa bedzie jednak w znacznym stopniu skutecznie zabezpieczony przed wchlonieciem jakiejkolwiek znaczacej ilosci twar- 25 dych skladników stopowych skutkiem poprzednie¬ go zalewu, dzieki czemu drugi zalew zeliwa sza¬ rego bedzie dzialac skutecznie jako najbardziej wewnatrz polozona czesc powloki z miekkiego ze¬ liwa, która moze byc latwo obrabiana i na której 30 moga byc zamocowane ze znaczna korzyscia rózne 69 88869 888 3 urzadzenia mocujace powloke skutkiem zasadniczo calkowitego braku jakichkolwiek zlokalizowanych twardych miejsc w najbardziej wewnetrznej war¬ stwie powloki z zeliwa szarego.Poza tym taka „potrójnie odlana" powloka po¬ zwala na korzystne utrzymanie twardej zewnetrznej brzegowej warstwy zeliwa utwardzonego w stanie znacznego sciskania osiowego jak równiez obwo¬ dowego. Przez skuteczne wyeliminowanie stanu, przy którym zewnetrzna warstwa powloki z zeliwa utwardzonego moze byc poddana rozciaganiu, stwierdzono, ze niniejsze powloki walców docisko¬ wych maja znacznie wieksza zywotnosc niz to bylo mozliwe do osiagniecia dotychczas.Powloka podlega gwaltownemu okresowemu od¬ wróceniu naprezen podczas obrotu, ale metalurgicz¬ ne wlasnosci powloki razem ze sposobem przyloze¬ nia sil do jej twardej warstwy zewnetrznej z zeli¬ wa utwardzonego podczas takiego okresowego od¬ wrócenia naprezen umozliwiaja doskonale przenie¬ sienie obciazenia oraz manipulacje.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia powloke walca w widoku z boku zmontowana obrotowo, fig. 2 — powloke w prze¬ kroju wzdluz linii II—II na fig. 1, przedstawiajaca w powiekszeniu wzajemny stosunek grubosci róz¬ nych wspólsrodkowych warstw powloki, fig. 3 — powloke walca w przekroju wzdluz linii III—III na fig. 2, fig. 4 — rozklad sil wystepujacych w powlo¬ ce walca.Walec 10 (fig. 1) prasy ulozyskowany obrotowo zawiera powloke 11. Powloka 11 jest równiez ulo- zyskowana obrotowo dookola swojej osi O prze¬ chodzacej przez srodek ciezkosci i ma dlugosc osio¬ wa L. Po obu przeciwnych koncach walca umoco¬ wane sa srubami B piasty 13, 14 zaopatrzone w czopy 15, 16 oparte na elementach tocznych w po¬ staci lozysk 17, 18 zamocowanych na wspornikach F. Powloka 11 (fig. 2 i 3) sklada sie z twardej ze¬ wnetrznej warstwy lla ze stopowego zeliwa utwar¬ dzonego, miekkiej wewnetrznej warstwy llb zeliwa szarego, niskostopowego (lub niestopowego) oraz warstwy posredniej lic z zeliwa polowicznego.Warstwa posrednia lic polaczona jest trwale w sposób ciagly z warstwa zewnetrzna lla i wewne¬ trzna llb wiazaniami .metalurgicznymi lid i Ile.Powloka 11 ma srednice zewnetrzna D onaz gru¬ bosc calkowita wszystkich warstw powloki rów¬ na R.W poszczególnych zastosowaniach urzadzenia wedlug wynalazku, powloki 11 odlane odsrodkowo maja znaczna dlugosc w odniesieniu do srednicy zewnetrznej D (to jest od 30 do 120 lub 150 cm), jak równiez w stosunku do grubosci powloki R, na przyklad 5 do 15 cm, 20 lub nawet 30 cm, zaleznie od srednicy zewnetrznej D, jak równiez calkowitej dlugosci osiowej L, lub wyrazonej przez zakresy od V10 do V3 srednicy zewnetrznej D. Nalezy zwró¬ cic uwage, ze wymiar osiowy jest porównywalny z wymiarami poprzecznymi maszyn papierniczych, na przyklad od praktycznego minimum w przy¬ blizeniu równego okolo 250 cm do maximum wy¬ noszacego obecnie w przyblizeniu blisko 1000 cm.Srednice D i dlugosc osiowa L mozna wygodniej 4 wyrazic stosunkiem dlugosci do srednicy, który jest istotny w kazdym przypadku i zawarty praktycznie w granicach od okolo 4 :1 do 15 :1. Ponadto nalezy zwrócic uwage, ze istotne skladniki chemiczne warstw Ha, llb i lic powloki walca sa naste¬ pujace: Warstwa zewnetrzna lla powloki utworzona jest zasadniczo ze stopowego zeliwa utwardzonego za¬ wierajacego: 1,4—17% Ni 1,9—2,2% Cr 3,6—3,8% C 0,4—0,5% Si Wewnetrzna warstwa powloki jest. wykonana z zeliwa szarego zawierajacego: do 0,02% Ni do 0,02% Cr 3,0—3,5% C 2,0—2,9% Si Pozostalym skladnikiem jest Fe z przypadkowy¬ mi zanieczyszczeniami. Posrednia warstwa powloki lic jest zasadniczo wykonana z zeliwa szarego za¬ wierajacego nastepujace dodatki w ilosci: co najmniej 0,02—0,05% Ni co najmniej 0,02—0,05% Cr Pozostalym skladnikiem jest zeliwo szare o skla¬ dzie jak wyzej. W praktyce korzystniej jest wyko¬ nac cala objetosc zeliwa szarego w dwóch zakre¬ sach odlewania na posrednia warstwe lic i we¬ wnetrzna warstwe llb powloki, to jest dwukrotnie do czterokrotnie wiecej niz wynosi calkowita obje¬ tosc zewnetrznego utwardzonego zeliwa stopowego.Jak pokazano na fig. 3, zewnetrzna warstwa lla zeliwa utwardzonego ma grubosc Rlt a warstwy llb i lic maja calkowita grubosc R3 lub b pod¬ czas, gdy warstwy lla i llb maja calkowita gru¬ bosc a. Taki zlozony wymiar grubosci promienio¬ wej R3 jest na rysunku znacznie wiekszy niz Ru ale w rzeczywistosci wymiar promieniowy R3 jest w praktyce jeszcze wiekszy niz na rysunku.W ostatecznie odlanej powloce 11 po obróbce me¬ chanicznej i wypolerowaniu na gladko jej konców, widoczne sa tak zwane „linie widmowe" w obrebie wiazan metalurgicznych lid i Ile.Do wykonania powloki 11 odlanej metoda od¬ srodkowa mozna zastosowac forme stala o metalo¬ wej skorupie i odpowiednim srodku zmywajacym lub forme piaskowa wypelniana w linii formier¬ skiej.Pierwotny roztopiony stop zelaza o skladzie ta¬ kim jak podano powyzej dla warstwy zewnetrznej lla odlanej na koncu, wlewany jest do formy pias¬ kowej, która znajduje sie w ruchu obrotowym, w celu skutecznego utworzenia stopionego ciala pierscieniowego o zasadniczo równomiernej gru¬ bosci Ri, któremu pozwala sie na wzglednie nagle ochlodzenie. Zaleca sie, aby drugi zalew byl do¬ konany w czasie, gdy metal pierwszego zalewu znajduje sie jeszcze w stanie „plastycznym" lub porowatym, jednak wystarczajaco waznym dla praktycznego stosowania niniejszego wynalazku 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6069 81 5 jest unikniecie wyplukiwania zbyt wielu skladni¬ ków stopowych pierwszego zalewu podczas doko¬ nywania drugiego zalewu tak, ze pozwala sie na nieco wieksze ochlodzenie pierwszego zalewu niz to jest zalecane dotychczas i odpowiedni topnik 5 stosowany jest w malych dawkach do powierzchni wewnetrznej pierwszego zalewu (na przyklad do powierzchni Lx na fig. 2 i 3) tak, ze utworzone jest lepsze polaczenie metalurgiczne miedzy war¬ stwa pierwsza lla a drugalic. 10 W typowym przypadku 4000 kG metalu odlewa sie tworzac pierwsza warstwe lla i 4000 kG zeli¬ wa szarego odlewa sie w ten sam sposób tworzac druga warstwe lic. Drugi zalew, wynoszacy rów¬ niez 4000 kG w tym przykladzie, ma sklad wsadu 15 taki jak podano powyzej dla wewnetrznej warstwy llb z zeliwa szarego, lecz dokonanie drugiego za¬ lewu dla wykonania posredniej warstwy lic powo¬ duje nie tylko ponowne ogrzanie poprzez strumien cieklego metalu dla utworzenia skutecznego pola- 20 czenia metalurgicznego lecz równiez wyplukanie pewnej ilosci skladników stopowych niklu i chro¬ mu ze stopu zeliwa utwardzonego i ich zawartosc w otrzymanej warstwie posredniej powloki lic z zeliwa polowicznego, w której udzialy ogólne 25 niklu i chromu stanowia jedynie zasadniczo nieco powyzej ilosci ich sladów, wynoszacych ponizej 0,02% i moga byc przyjete jako równe co naj¬ mniej okolo 0,02 do 0,05% niklu oraz co najmniej okolo 0,02 do 0,05°/ochromu. 30 Wiazanie metalurgiczne lid jest w swej istocie bardzo cienka warstwa zlozonego zeliwa polowicz¬ nego, która funkcjonalnie jest rozszerzeniem struk¬ tur zewnetrznej warstwy Jla polaczonej ze struk¬ tura posredniej warstwy lic w taki sposób, ze to, 35 tak zwane polaczenie obu struktur wystepuje w postaci widocznej linii widmowej, jezeli patrzy sie na polerowany koniec walca, swiadczac, ze istnieje rzeczywiscie dodatkowy posredni sklad zeliwa po¬ lowicznego pomiedzy brzegiem Lj warstwy we- 40 wnetrznej z zeliwa utwardzonego, a brzegiem ze¬ wnetrznym L2 posredniej warstwy powloki o wy¬ raznej grubosci R2, chociaz oznaczenie widmowe widoczne w rzeczywistosci nie ma dostrzegalnego wymiaru promieniowego. 45 Bez wchodzenia w szczególy nalezy jednak zwró¬ cic uwage, ze gdy dokonywany jest trzeci zalew z zeliwa szarego w celu utworzenia wewnetrznej warstwy llb, odbywa sie on takze po tym, jak zalew posredni nieco bardziej ostygnie niz to sto- 50 suje sie dotychczas, jednak znów przy zastosowa¬ niu znanego topnika w celu zapewnienia wymaga¬ nego trwalego polaczenia metalurgicznego Ile.Po odlaniu powloki 11 metoda zalewu trzykrot¬ nego i dostatecznym jej ochlodzeniu usuwa sie ja 55 z formy piaskowej, po czym niezbedna jest obrób¬ ka mechaniczna powierzchni zewnetrznej w celu uzyskania gladkiej powierzchni dociskowej F (fig. 2 i 3), oraz równiez przeprowadzenie zabiegu wy¬ gladzania powierzchni wewnetrznej IP. 60 Nalezy zwrócic uwage, ze wewnetrzna warstwa llb z zeliwa szarego jest miekka i daje sie latwo obrabiac nie tylko w celu wygladzenia wewnetrz¬ nej powierzchni IP, lecz takze w celach umozliwie¬ nia wykonania wszelkich polaczen potrzebnych 65 6 dla piast walca, w celu zamocowania powloki 11 itd. Wobec tego obróbka otworów pod sruby B dokonywana jest latwo w wewnetrznej war¬ stwie llb z zeliwa szarego. Ponadto znaczna do¬ datkowa objetosc wynoszaca od dwu- do cztero¬ krotnie wiecej niz objetosc zeliwa stopowego utwardzonego, które jest uzywane na calosc zale¬ wów z zeliwa szarego (to jest w przykladzie po¬ przednim, gdzie uzyto 4000 kG na pierwszy zalew zeliwa szarego dla wykonania posredniej warstwy powloki, stosuje sie w przyblizeniu 8000 kG zeliwa szarego w celu dokonania trzeciego zalewu dla utworzenia wewnetrznej warstwy powloki llb z zeliwa szarego), stwierdzono, ze znaczny dodat¬ kowy korpus zeliwa szarego powoduje utrzymanie i pewne zachowanie zewnetrznej warstwy lla po¬ wloki ze stopowego zeliwa utwardzonego w stanie sciskania.Utwardzone zeliwo stopowe skurczy sie znacznie w miare jak krzepnie w zalewie pierwotnym i dwa kolejne zalewy z zeliwa szarego utworza w kazdym przypadku polaczenia metalurgiczne, a na¬ stepnie podczas dalszego chlodzenia, które ma miejsce kolejno, po skurczu jaki nastapil w glów¬ nej masie warstwy stopowego zeliwa utwardzonego lla, co ma ten skutek, ze znaczne sily sciskajace wywierane sa na stopowe zeliwo utwardzone po¬ przez posrednia lic i wewnetrzna warstwe llb za pomoca polaczen metalurgicznych lid lub Ile. To sciskanie przylozone do warstwy lla powloki ze stopowego zeliwa utwardzonego nie jest tylko scis¬ kaniem osiowym lecz takze obwodowym tak, ze powloka ze stopowego zeliwa, utwardzonego utrzymac moze swoja twardosc i równoczesnie nie bedzie poddana silom rozciagajacym w czasie jej obciazenia.Warstwa lla ze stopowego zeliwa utwardzonego jest niezwykle skuteczna jako twardy element nosny powierzchni P przejmujacy docisk, ale jej struktura metalurgiczna nie nadaje sie do skutecz¬ nego przejmowania obciazen rozciagajacych. Kolej¬ ny sposób stosowanego tutaj trzykrotnego odlewa¬ nia zapewnia w ten sposób niezwykle pozadane obciazenie sciskajace tej zewnetrznej warstwy lla.Jak wskazuje wykres obciazenia na fig. 4, ze¬ wnetrzna powloka ze stopowego zeliwa utwardzo¬ nego HEa pokazana jest w przekroju, podtrzymy¬ wana przez wewnetrzne warstwy ze zlozonego ze¬ liwa szarego HE' (które przedstawiaja opisane po¬ przednio warstwy powloki — posrednia lic i we¬ wnetrzna llb). Obciazenie sciskajace zaznaczone strzalkami skierowanymi ku sobie CL wywolane jest pierwotnie skutkiem chlodzenia zalewów po¬ sredniej i wewnetrznej warstwy powloki, odbywa¬ jacego sie co najmniej czesciowo po znacznym skurczeniu i ochlodzeniu zewnetrznej warstwy po¬ wloki HEa ze stopowego zeliwa utwardzonego. Tak wiec zewnetrzna warstwa powloki HEa utrzymy¬ wana jest w stanie sciskania przez duza bryle lub mase materialu oznaczona tutaj przez HE'.Sciskanie obwodowe przylozone jest w sposób podobny.Istotne jest przy tym to, ze jezeli na powierzchni lokalnej LL mialoby zostac wywolane nawet tym- c69 888 8 czasowe obciazenie, mozliwe jest, ze w warstwie powloki ze stopowego zeliwa utwardzonego pow¬ staloby ugiecie tak jak wskazano linia przerywana HE'a i to nominalne ugiecie w zewnetrznej war¬ stwie powloki llEa spowodowaloby w niej wzrost 5 wymiaru osiowego, przynajmniej teoretycznie i istotnym zadaniem wiekszej objetosci i calkowi¬ tej wytrzymalosci wypadkowej miekszej warstwy posredniej i wewnetrznej powloki HE' jest ciagle utrzymywanie tego obciazenia sciskajacego CL na 10 zewnetrzna brzegowa warstwe powloki llEa ze stopowego zeliwa utwardzonego tak, ze co najmiej pierwsze lub wstepne ugiecie typu wlasnie wspom¬ nianego odciazy w rzeczywistosci tylko raczej czesc sciskania niz wywrze sily rozciagajace na stopowe 15 zeliwo utwardzone.Podobnie, jezeli cisnienie cieczy jest wystarcza¬ jace dla skorygowania sklonnosci do ugiecia w dól na wykresie sil fig. 4, bedzie ono sila rzeczy wy¬ starczajace dla wywolania w rzeczywistosci pew¬ nego ugiecia w góre, jezeli górne urzadzenie obcia- 20 zajace miejsce zgniotu i wywierajace nacisk w dól na linie obciazenia nacisku NL7 mialoby byc chwi¬ lowo odciazone, a wówczas mogloby wystapic ugiecie w góre o bardzo znacznej wielkosci w ze¬ wnetrznej warstwie z zeliwa stopowego llEa 25 wzdluz linii zgniotu NL7, lecz znów ta sklonnosc do ugiecia jest na ogól taka, aby raczej odciazyc w pewnym stopniu sciskanie warstwy ze stopo¬ wego zeliwa utwardzonego anizeli poddac rzeczy¬ wiscie te warstwe lub obszar powloki llEa roz- 30 ciaganiu. Z drugiej strony nalezy zwrócic uwage, ze skierowane w przeciwnych kierunkach obciaze¬ nia dzialajace wzdluz linii zgniotu NL7 sa znaczne, podczas gdy obciazenia obszaru polozonego naprze¬ ciw lub ograniczonej czesci powierzchni na obwo- 35 dzie powloki sa w istocie calkowicie zniesione w w przypadku kazdego z róznych urzadzen obciaza¬ jacych cisnieniem cieczy.Oznacza to, ze sama powloka podczas ruchu ob¬ rotowego musi przechodzic przez obszar sasiadu- 40 jacy z linia obciazenia zacisku NL7, gdzie poddana jest dzialaniu znacznych sil skierowanych prze¬ ciwko sobie (z których kazda dla siebie moze prawdopodobnie wywolac pewna wielkosc ugiecia 45 w powloce walca, ale gdy obie dzialaja w kierun¬ kach przeciwnych, daza do zmniejszenia takiego napiecia), po czym po stronie dolnej powloki ist¬ nieje obszar przeciwny pozbawiony naprezenia lub obciazenia o jakiejkolwiek znaczacej wielkosci, przylozonego do powloki.Tak wiec wystepuje okresowe odwrócenie napre¬ zen odbywajace sie ciagle w obracajacym sia ob¬ ciazonym walcu. Stosujac niniejszy uklad i ogólna konstrukcje powloki w nim zawarta (zwlaszcza te, która utrzymuje zewnetrzna czesc powloki ze sto¬ powego zeliwa utwardzonego w stanie znacznego sciskania), mozliwym jest poddanie niniejszego walca w ciagu dluzszych okresów czasu tak na¬ glym okresowym odwróceniom naprezen bez wy¬ wolania jakichkolwiek zmian metalurgicznych w róznych wyraznych czesciach wewnetrznych walca i ewentualnie jakiegokolwiek niepozadanego utwo¬ rzenia w nich wad fizycznych. PL PL PL PL