TR202004781A1 - Yüksek korozyon di̇renci̇ne sahi̇p çok katmanli vals topu - Google Patents

Abstract

Buluş, yüksek korozyon direnci için dış katmanın ihtiva ettiği yüksek oranda krom içeren kompozisyonuna iç katmanın uyum sağlayabilmesi için ortaya konan bir ara katman içeren çok katmanlı bir vals topu yapısı ve buna ilişkin vals topu malzeme kompozisyonlarıyla ilgilidir.

Description

TARIFNAME YÜKSEK KOROZYON DIRENCINE SAHIP ÇOK KATMANLI VALS TOPU Teknik Alan Bulus, savurma dökümle elde edilen vals toplarinin yüksek korozyon ve yüksek asinma direncine sahip olacak biçimde üretilmesine imkan saglayan yeni bir vals topu yapisi ve alasimiyla ilgilidir.

Daha belirgin olarak mevcut bulus, yüksek korozyon direnci için dis katmanin ihtiva ettigi yüksek oranda krom içeren kompozisyonuna iç katmanin uyum saglayabilmesi için ortaya konan bir ara katman içeren çok katmanli bir vals topu yapisi ve buna iliskin vals topu malzeme kompozisyonlariyla Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde savurma döküm olarak adlandirilan santrifüj dökümün statik döküme göre homojen sertlik ve kalinlik, uzun ömür, daha az asinma ve servis maliyeti olmak üzere birçok avantaji bulunmaktadir. Degirmen, yem, yag silindirleri, çikolata, kahve gibi gida alaninda önemli üretim tesislerinde degerli bir üretim unsuru olan vals toplarinin sektöre göre çok farkli çalisma ortamlarinda islevlerini yerine getirmektedirler. Bu noktada kullanildiklari sektörde ortam gereksinimi nedeniyle maruz kaldiklari korozyon önceki teknik vals toplarinin ömürlerini normal çalisma kosullarina kiyasla çok büyük miktarda kisaltmaktadir. Bu nedenle mevcut tekniklerle üretilen vals toplari yüksek korozif ortamlarda kullanilamamaktadir. Üretim maliyetlerinin getirdigi kaygilar nedeniyle günümüzde üretilen vals toplarinda demir esasli alasimlar tercih edilmektedir. Özellikle de yüksek asinma direnci gerektiren sert yüzeylerin üretiminde yüksek alasimli beyaz dökme demirlerin kullanimi ön plana çikmaktadir.

Krom elementi dahil oldugu alasimdan üretilen vals topuna yüksek bir korozyon direnci ve asinma direnci kazandirmaktadir. Bu nedenle vals topu alasimlamasinda yüksek oranda Kromun tercih edilmesi gerekmektedir. Bu malzemelerin mikroyapisi esas itibariyle perlit-sementit olmakla beraber önemli derecede M7C3 tipi kromkarbür içermektedir. Bu tip karbürler ötektik yapilar içerisinde bulunmaktadirlar.

Hali hazirda üretilen vals toplari iki katmandan olusmaktadir. Yukarida bahsedilen asinma ve korozyon direncine sahip olan ve dikey veya yatay bir santrifüj kalibinda olusturulan bir dis katman içermektedir. Söz konusu dis katman olusturulduktan sonra içindeki boslugu doldurarak bir mil çakilmasina imkan taniyan bir iç katman yer almaktadir. Dolayisiyla mevcut teknikte bir vals topu farkli fiziksel beklentilere haiz bir iç ve bir de dis katman olmak üzere iki katmandan olusmaktadir.

Ancak bu yapida üretilebilecek bir vals topunun çok daha yüksek korozyon dayanimi ve dolayisiyla dis katman alasiminda yüksek miktarda Kromun bulunmasi önceki teknikte bilinen iç katman alasimlariyla birlikte kullanilmasini önlemektedir. Bir baska deyisle korozyon direncinin daha fazla artirilmasi istendiginde mevcut vals topu üretiminde kullanilan dis ve iç katman alasimlari uyumsuzluk göstermekte ve üretim sonrasi önemli ölçüde deformasyonlar ve çatlamalar meydana gelerek kisa sürede vals topunun kullanilamaz hale gelmesine neden olmaktadir.

EP056021OB1 nolu patent dokümaninda bir vals topu kompozisyonu ve buna iliskin bir üretim yönteminden bahsedilmektedir. Buradaki çözümde üst seviye bir yipranma ve yüzey sertlesme direncine sahip bir kabuk (dis) kisim, sert bir çekirdek (iç) kisim, bunlari olusturan kompozisyon ve bunlarin üretilmesine iliskin bir yöntem açiklanmaktadir. Ancak yüksek korozyon direnci için gerekli yüksek Krom oranina sahip olasi bir dis katman ile iç katmanin bir araya getirilmesine imkan verecek bir ara katman ve bunlardan olusan çok katmanli bir vals topu yapisindan bahsedilmemektedir.

EP0852162B1 nolu patent dokümaninda yüksek asinma direnci ve santrifüj dökümde bile karbür ayrimi olmaksizin yüksek kalitede ve hizda çelik top üretiminden bahsedilmektedir. Burada açiklanan Mo; %3 - 9, V; %3 - 8 ve Nb; %0.5 - 4 içerdigi belirtilmektedir. Ancak yüksek korozyon dayanimi ve bunu saglamak için bir dis katman, ara katman ve iç katman olmak üzere çoklu bir katman yapisindan bahsedilmemektedir.

EP2770073B1 nolu patent dokümaninda ise santrifüj döküm ile üretilen birtop yüzey malzemesinden bahsedilmektedir. Santrifüj dökümde top yüzey malzemesi su unsurlardan ve belirtilen oranlarda bir direncinin artirildigi ileri sürülmektedir. dis katman içeren bir vals topuna iliskin bir karisim öne sürülmektedir. Santrifüj dökümde top dis katman malzemesi su unsurlardan ve kütlece belirtilen oranlarda bir kompozisyondan olusmaktadir: Sonuç olarak bir yandan yüksek korozyon dayanimina sahip diger yandan da uzun ömürlü bir vals topu üretimine olan ihtiyaç ve mevcut teknikteki yetersizlikler mevcut bulus konusu çözümün ortaya çikmasina sebep olmustur.

Bulusun Amaci ve Kisa Açiklamasi Mevcut bqusun amaci yüksek korozyon ve yüksek asinma direncine sahip çok katmanli bir vals topu ortaya koymaktir.

Mevcut bulusun bir baska amaci savurma dökümle üretilen vals toplarinda yüksek oranda krom (Cr) içererek korozyon direncinin en üst seviyelere çikarildigi ve bunu saglamak üzere farkli teknik özelliklerdeki karbon seviyesi yüksek iç katmanla herhangi bir çatlama veya fiziksel deformasyon olmadan pürüzsüz bir biçimde birlesmesini saglayan bir ara katman içeren üç katmanli bir vals topu ortaya koymaktir.

Mevcut bulusun bir baska amaci agirlikça %15-20 Cr ve %0,5-1,5 C içeren bir dis katman, agirlikça içeren bir ara katman içeren üç katmanli bir vals topu ortaya koymaktir.

Sekillerin Kisa Açiklamasi Sekil 1 de bulus konusu vals topunun katmanlarini gösteren temsili bir kesit görünüm verilmektedir.

Referans Numaralari . Dis katman . Ara Katman . Iç katman Bulusun Detayli Açiklamasi Mevcut bqus savurma döküm prosesiyle yüksek sertlik derecelerinde ve yüksek korozyon dayanimina sahip çok katmanli bir vals topudur (1).

Temel olarak vals toplari (1) kullanim alanina uygun olarak istenen sertlik degerlerinde savurma prosesiyle elde edilen bir dis katman (10) ve akabinde farkli bir alasimdan hazirlanarak nihayetinde üzerine mil çakilan bir iç katman (30) ihtiva etmektedir. Ancak vals topunun (1) istenen sertlik degerlerinin beklenenden daha yüksek olmasi ve bunun yaninda yüksek korozyon dayanimina sahip olmasi istendiginde dis katmanin dökülecegi alasim ile iç katman arasinda önemli ölçüde bir uyum sorunu ortaya çikmakta ve geleneksel yaklasimlarla üretilen vals toplarinda bu nedenle çatlamalar ve deformasyonlar olusmaktadir. Mevcut bqus bu teknik problemi çözmek üzere dis katman (10) ve iç katman (30) arasinda bir çesit geçis katmani olmak üzere bir ara katman (20) içermektedir.

Mevcut bulusta vals topunun (1) dis katmanindan (10) istenen sertlik degerleri 500-550 HB arasindadir. Bu sertlik degerine sorunsuz bir biçimde ulasmak ve hem de yüksek korozyon degerlerine sahip bir vals topu (1) ortaya koyabilmek ve böylece mevcut bulusu ortaya çikarabilmek için önemli arastirmalar gerçeklestirilmistir. Örnegin asinma direncinin yüksek olmasi beklenen bu sertlikte yüzeylerin üretiminde yüksek alasimli beyaz dökme demirler tercih edilmektedir. Krom elementi yapiya yüksek bir korozyon direnci ve yüksek bir asinma direnci vermekte oldugundan mevcut bulusun dis katmaninda (10) krom orani yüksek tutulmustur. Ancak krom oraninin çok yüksek tutulmasi (örnegin %25) iç katmanla uyumsuzlugun olusmasina ve mil çakma için firinlanma esnasinda çatlamalara neden olmaktadir.

Yüksek krom oraninin yaninda yüksek karbon orani da vals topunun (1) dis katmaninda (10) çatlamalara neden olabilmektedir. Bu nedenle dis katmanin (10) üretiminde kullanilacak kompozisyonda krom ve karbon oranlari arasinda bir optimizasyona gidilmesine gerek bulunmaktadir. Bunlarin yaninda dis katmanin (10) istenilen sertlik degerlerine ulasmasi için döküm akabinde isil isleme tabi tutulmasi gerekmektedir. Bir destabilizasyon isil islemi sirasinda matristeki östenitler martenzite dönüsmektedir. Ancak bu durumda da uygulanacak vals topunda (1) birikmis enerji daha da tehlikeli bir hale dönüsebilmekte ve nihayetinde isil islem uygulanirken vals topu dis yüzey boyunca çatlayabilmektedir.

Mevcut teknikteki vals toplarindan (1) farkli olarak yüksek sertlik, asinma ve korozyon direncine sahip olan daha özellikli bir vals topunun (1) gerektirdigi dis katman (10) kompozisyonu geleneksel olarak üretilen iç katman (30) kompozisyonlariyla uyum saglayamamaktadir. Arastirmalarda iç katman olarak GGZ5 lamel grafitli dökme demir ve ayrica farkli bir çalismada da GGG40 alasiminda küresel grafitli dökme demir denenmis ancak her iki durumda da dis katmanla uyum yakalanamamistir.

Ayrica gerçeklestirdigimiz arastirmalarda dökme demirin sahip oldugu yüksek gerilim ve düsük tokluk karsimiza sürekli bir problem olarak ortaya çikmistir. Kalinti gerilimler ve beyaz dökme demirin sahip oldugu kaba karbür yapisi bu degisikligin ana sebepleridir. Bu noktada daha yüksek tokluk degerleri ile öne çikan çelik sistemine yönelinmistir. Çelikler yüksek tokluk ve yüksek korozyon direnciyle ön plana çikmaktadir. Ancak sahip olduklari sertlik, vals toplarindan istenilen sertlik degerlerinden düsük kalmaktadir. Yüksek sertlesebilirlik özellikleri ve korozyon direncini bir araya getiren sinif martenzitik paslanmaz çeliklerdir. Bu noktada martenzitik paslanmaz çeliklere odaklanilmistir. Ancak yalnizca bu yaklasim da dis katman (10) ve iç katman (30) uyumu için yeterli gelmemektedir.

Bulus konusu vals topunun (1) dis katman (10) kompozisyonu asagidaki unsurlarin belirli araliklarda kullanilmasi sonucu hedeflenen teknik özelliklere ulasilabilmistir. Buna göre dis katman (10) içermektedir. Bu oranlar bir tabloda asagidaki gibi ifade edilebilir: Döküm sonucu elde edilen top isil isleme yollanmadan önce kaba islemeye alinmistir. Kaba isleme sonuçlandiktan sonra toptan sertlik alinmistir. Normal sartlarda gerçeklestirilebilecek bir dökümde en fazla 270 HB sertlik degerleri elde edilebilmektedir. Mevcut bulusta kullanilan savurma döküm prosesiyle alinan sertlik degerleri 360-400 HB arasinda degismektedir. Ancak diger yandan vals topundan (1) beklenen sertlik degerleri 500-550 HB arasindadir. Bunun saglanabilmesi için ise vals topuna (1) isil islem, su verme ve temperleme islemleri uygulanmis ve bulus konusu vals topunda (1) istenilen sertlik degerlerine ulasilmistir.

Savurma döküm prosesiyle elde edilen dis katman (10) korozyona ve asinmaya maruz kalan sert bir katman olup örnekleme olmasi açisindan bir deger vermek gerekirse kalibin dis yüzeyinden itibaren ortalama 30 mm lik bir kalinliga sahip olabilmektedir. Önceki uygulamalardaki iki katmanli yapida ise bunun hemen ardindan mil çakma bosluguna kadar yani dökümün büyük bir bölümünü kaplayan yumusak katman yer almaktadir. Bu iki malzeme (dis katman (10) ve iç katman (30)) arasinda bulunan geçis bölgesi iki metalin birbirine baglandigi noktadir. Ancak bu iki metal ile yapilan (bimetalik) uygulamalar yetersiz kalmistir. Bu teknik problemi çözebilmek için döküm katmaninin sayisi artirilmistir.

Bulus konusu vals topunun (1)tercih edilen bir uygulamasinda bir dis katman (10), bir iç katman (20) ve bu ikisi arasinda bahsedilen geçis bölgesini olusturabilmek ve bu iki katman arasinda uyum sorununu ve dolayisiyla çatlama problemlerini ortadan kaldirmak üzere bir ara katman (20) olusturulmustur.

Bahsedilen ara katmanin (20) kimyasal kompozisyonu ise; agirlikça %1- 2 C, %0-1 Si, %0-1 Mn, %0- 1 Cr, %1-3 Mo ve %1-3 Ni içermektedir. Bu oranlar bir tabloda asagidaki gibi ifade edilebilir: Yukarida açiklanan dis katman (10) ve iç katman (30) kompozisyonlarinda degisiklige gidilmesine gerek kalmadan belirtilen iç katman (20) kompozisyonuyla ara katman (20) olusturulmus ve elde edilen nihai sonuçta herhangi bir çatlama olusmadan bulus konusu çok katmanli vals topu (1) elde edilmistir. Hem kaba isleme hem de isil islem asamalari ve hem de mil çakma islemi sonrasinda herhangi bir problem yasanmadan bulus konusu vals topu (1) beklenen sertlik degerlerinde ve korozyon direncinde üretilebilmistir.

Böylece Paslanmaz çelikten bir dis katman (10) ve dökme demirden bir iç katman (30) içeren yüksek korozyon direncine sahip ve savurma döküm yöntemiyle üretilen bir vals topu (1) olup, agirlikça %15- (30) ve bunlar arasinda agirlikça %0-1 Cr ve %1-2 C içeren bir ara katman (20) içermektedir.

Ayrica bahsedilen iç katman (30) agirlikça su kimyasal kompozisyonu; agirlikça %2,5- 3,5 C, %2-2,5 Si, %0-1 Mn, %0-1 Cr, %0-1 Mo ve %0-1 Ni içermektedir. Bu oranlar bir tabloda asagidaki gibi ifade edilebilir:

Claims (1)

1. ISTEMLER Paslanmaz çelikten bir dis katman (10), ve dökme demirden bir iç katman (30) içeren yüksek korozyon direncine sahip ve savurma döküm yöntemiyle üretilen bir vals topu (1) olup, özelligi; agirlikça %15-20 Cr ve %0,5-1,5 C içeren bir dis katman (10), agirlikça %0-0,5 Cr ve %2,5-3,5 C içeren bir iç katman (30) ve bunlar arasinda agirlikça %0-1 Cr ve %1-2 C içeren bir ara katman (20) içermesiyle karakterize edilmesidir. Istem 1 e göre bir vals topu (1) olup, özelligi bahsedilen ara katmanin (20) agirlikça; %1- 2 C, %0-1 Si, %0-1 Mn, %0-1 Cr, %1-3 Mo ve %1-3 Ni içermesiyle karakterize edilmesidir. Istem 1 e göre bir vals topu (1) olup, özelligi bahsedilen dis katmanin (10) agirlikça; %0,5- 1,50 C, %0-1 Si, %0-1 Mn, %15-20 Cr, %0-1 Mo ve %0-1 Ni içermesiyle karakterize edilmesidir. Istem 1 e göre bir vals topu (1) olup, özelligi bahsedilen iç katmanin (30) agirlikça; %2,5- 3,5 C, %2-2,5 Si, %0-1 Mn, %0-1 Cr, %0-1 Mo ve %0-1 Ni içermesiyle karakterize edilmesidir.