автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и исследование прецизионных валков повышенной стойкости с целью улучшения качества микроленты

РГВ ол

' Р от ш%

На правах рукописи

РУСАКОВ Андрей Дмитриевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕЦИЗИОННЫХ ВАЛКОВ ПОВН1ЕННОИ СТОЙКОСТИ С ЦЕЛЫ НЛЗЧ1ЕНИЯ КАЧЕСТВА МИКРОЛЕНТИ

Специальность 05.03.05- "Процесси к иааинн обработки металлов давлениен".

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990 г.

я.

Работа внполнена в научно-исследовательской лаборатории Процессор пластической деформации и упрочнения (ППДиУ) Московского государственного института стали и сплавов и ¡illa "Синтез" .

Научние руководители: вед. научи, сотр., к.т.н. В.й.Николаев проф., д.т.и. Н.Й.Чнчонев

Официальнае оппоненты:

1. член-корр. С.О., проф.. д.т.н. Пииепов Й.Ф.

2. доц., к.т.и., Казаков Ü.F.

Ведущее предприятие: АООТ "Электросталь"

Защита диссертации состоится ПЕЛЛБрЛ____ 199 for.

в "jÍQ" часов на заседании специализированного" совета К 053.08.02 Московского государственного института стали и сплавов.

Пдрес института: 117936, Йосква, П-49, ГСП-1. ЛешшскиП проспект д.i

С диссертацией иопно ознакомиться в библиотеке института! Автореферат разослан 139 г.

Справки по телефону: 23В—ЭЭ—31

Цчеинй секретарь диссертационного совета

Я.т.н., про?. Ч.О.Чнчеиер

«0Г',П2 ХПРШЕМХТГКА PflOOTU

5:;¡iJfiilbHüCTb PP.EOTL,

¡лриборосгумвшы, электронной 'и иаелирной пасисленностсй трооувт нзготовленил иисококачествекь^й шкреланти толщиной до i пни пз спецкоды;:« и прецизконпи:; сп^аглв. ii настоящее среия нрокаткд гшкрслвнт сг.ццесизляят на unoros¿..,¿:;»aii.,r станах технологически« »::;с rúyuchtt-i; (валкапи), киторкй ®оры;рдет к шшавт на качество г.:. ;jpx::oct;: шлфоленти. !':зв ппсвило, закдпка • таких' ваяков ось'Цйг- с «плась за рубезди. ¡мши? ет по иеталлдргии РФ поставил заначу ,чо «зэыЗотке технологии прокатки прецизионной лснтк за счат cuBt» ¿¡¡сriiOBciuui оянииной обработок рабочих и опоричх валкоь, заи';!з шлюрпшх валкових ватериалов -отечсствешшш, поставку ¡;ü'í.",í:; и восстанов;;зпкЕ нзноиеннш; валков. Эти разработки относятся к íic.tj'í'Aü внсотас технологий.

ЦС/1Ь pfi&OÍU. ■

качества u.iK¡;o::onrt su сч<л использований пйвикзиоана;: сальиь !.сацсл--но:-. jíouíocth с задашши угасав«: .¡.гилкп-иехйническйх cbol.cib, «сгетивлаш!" • г'о .".ззработйлной /шссертацич технол?пш, ИЗ lip0,V102fc!ll!'í» •w.joii i-TU :ой.

!:í¡'Jll!!li:¡ Hib;!3í!ñ,

уточнен расчгт .'С юалк^вц/ дам.'..'Ш« icj:и ;,:» cO-üi!Jíüü¡¡í¡>:

станов с прг.!..ш1, w: пермчх s: вторил oiioí>:::jx .laaitoe и дон;:;

дуп: контакта с уче roa' Ооль. ь.. кривизна ,:о1пйкт:;ру;к|их ньпврхностей.

Разработан рас ¡c: teiüis psi¡:ic;¡e;.i.HOi¡ твердости búskos,

основапшй г? исполг.аова^ни селенн.ч иасптаиного фактора (диаметра валков), д/.ч ¡метен нноговлякивнх станов,.

Нредяоссчш повизиние стойкости инструиента за счет создания сстаючних наиряаышй саатня ни границам зерен и карбидов п теле е.'/.;;.-; и создания рацкональних остаточных нзпряаэний ссатия в пркноверхностны;; слиц:! валков.

Впервые исследован характер контактного взз::иодействия валка с кикролентой, что позволило определять ^сяовня шшиннзации износа валков и устойчивости переноса никрэрельафа пз полосу.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПОЛЕЗНОСТЬ.

Рекоаендопани стали с повнаеиннм уровней физико-неханяческ!!-: свойств для валков станов прокатки кнкролентн, • обеспечивавшие производство качественной лентн. Разработана технология изготовления прецизионных . валкоп. Опнткая партия рабочих и опорных валков поставлена для станов: 155 SUÎIDHIG, 60 и 160 конструкции ВШШЕТУЙЛ, что позволило Санкт-Петербургскому сталепрокатному заводу (АО СПЗ) отказаться от закупок импортного инструмента.

АПРОБАЦИЯ.

Основные полопения диссертационной работн докладывались па секи-парах научно-технического совета лаборатории ППДнЭ МНСкС в 1339-1392 гг., на секции "Технология напннострвепиа" Злсктростальского .¡лгчала МИСиС, школе-сенинарс по пробленаа саиораспростраааа^егппр

високотеапаратуркого синтеза (СПС) в Махачкала з .1991 г. и иепдународнои сиипознуие по проб.гзиаи СБС в йлиа-зте в 1931 'г

ПУБЛНКПЦИ15.

По тено диссертации олдбяихггянп il :;np«!>!.x г» iпи-

число получен 1 патент.

ОБЪЕМ РОБОТЫ.

Диссертация состоит из ззэдошя, 9 глаз л пщ •.:■ ir.r.. гга.гована на 90 страницах аааикопмехеге тздета, содервкт :»4 ряг-««ка. J ?.;.vw;, библиографии 73 наивгчпванчй и приложения.

s.

КРАТКОЕ СОДЕРШИЕ РОБОТЫ

Процесс прокатки микролент на многовалковых станах авлаетса наиболее эффективном способом формирования тончайвих лент н обладает рядом специфических особенностей, присущих только пластическому деформировании тончайснх полос толциной до i мкн. Свойства и.чкролгнты определявтся соотвгтствувцнми стандартами ( ГОСТ—10160—75. Г0СТ-4986-79. ГОСТ-14080-79 и др.) и заводскими Т9.

Литературный обзор по теме и предварительные исследования показали, что для выполнения цели работы необходимо подробное изучение процессов в очаге деформации при прокатке микролент на макро- и макроуровне, особенностей контактного взаимодействия валков и полосы, способов упрочнения и повыаения эксплуатационных характеристик инструмента.

Методика проведения исследований включала следущее.

i ) Геометрические параметры валков и их износ исследовали с поыоцьв профилографов-профилокетров, инструментальных

интерференционных. микроскопов, кругломеров с погрешностьв измерений до 0,05 мкы.

2) Исследование меввалковых давлений проводилось в производственных условиях на АО СПЗ на стане 155 SUNDHIG методом контактных отпечггхов.

3) Контактная стойкость валков и образцов сталей, при исследорашш ка;;нтйбного фактора, определялась по известным методикам ЯИСиС. НШШ. ЦНМИТМЙЦ и др.

4) Заготовительные процессы производства зкепериментальных валков проводились по действующим технологиям ПО СПЗ, АО ЗЗТИ, АЗЛК.

5) Определение иодуля упругости первого рода зкепериментальных валкое проводилось на универсальной испытательной мавине "IHSTRQN" при испытаниях на изгиб, что позволило определять эту величину без ловревдениа инструмента. Значения модуля упругости определялись по формуле:

E=C4FL3 )/3 D4f : (1)

где: Е - модуль упругости, ГПа; F - нагрузка,КН; L - базэ (расстоание мевду опорами), мм; D - диаметр испытуемого валка, мм; f - прогиб образца, мм.

в.

6) Финивнув обработка валков проводили в' условная ЙО СПЗ, 30 МИСнС, ЭНИИС. В работе предлове» --.псссб влнфоваккл бочкообразна* валков иетодои круглого влифования я центрах за счвт прогиба, обрабатываемой детали, под действием сила рвзания. Для повывгния точности и опорной плодадн базовнх центровых отверстий г^ииекяли обработку на центроплифовальной навине. Применительно к условия« АО СПЗ спроектировали и изготовили установку для суперфинияирования валков.

РАСЧЕТ МЕЕВАЛКОВНХ ДАВЛЕНИИ С ЗЧЕТОЙ ПРОФИЛИРОВКИ ВАЛКОВ Задача по расчету неявалковых давлений в валкевнх . узлах 20-валковых станов (рис. 1) для цилиндрических валков, била ргзработбва трудах П.И.Полухина, В.П.Полухина, Г.В.Авихмкна.

Схема клсти 20- :зплкппогп гт<1м<ч

Схема нагрувения валков, принятая при расчете прогибов и иеввалковых давлений, приведена на рис.2.

Рис.2

Схема расчета ыеввалковых давлений с учетом профилировки валков

Еел^чши. валкового давления расчитывали по 10 поперечным сечениям,

по длине бочки валков. Значение иезвалковых погонных давлений определили по фориуле:

Ч(х)- Косн*У(х); (2)

где: !1оси - коэффициент упругого основания КН/еы2; ¥(х 1 - величина упругой деформация, и и; х - расстояние вдоль оси валка, ми.

Для определения меввалкопых давлений о клетях с профилированными валкаии (перейми промевуточннии или холостыми вторыми промввуточними) с двухсторонней конусностью рабочей части был предловен расчет в основу которого половено известное половение о зеркальной отобрагснии велвалковых зазоров, определяемых профилировками валков, на эпвру межвалковых давлений. При этой осуцествляли корректировку зпюр ыеаиллкових давлений, характерных для контакта цилиндрических валков с учетом профилировки по формуле:

L

q np= q цил(х) + Кпод [ 0,5*iDtx) - (J 0.5*AD(x)dx)/L] ; (3)

0

где: q пр - приведенная контактная нагрдзка, КН/мм : q цил -контактная нагрузка цилиндрических валков, Kfl/мм; 0,5*40 - зависимость, опксыващая профиль нецилиндрических валков, мм; L - длина бочки валков, км; Кпод - коэффициент податливости, КН/мм2.

Для выполнения расчета бнл использован базовый алгоритм, разработанный, в научно-исследовательской лаборатории ППДиЯ МЙСиС. Алгоритм был усовершенствован для обеспечения возмовности расчета межвалковых давлений по . контактам профилированных валков я реализован на персональной ЗВН.

В экспериментальных исследованиях характера распределения меввал-ковых давлений по длине бочки в контактах профилированных валков, проводившихся на 20-валковом стане 155 АО СПЗ методом контактных отпечатов, зависимость контактного давления qi от пирины контактных отпечатков на образцах-свидетелях из стали ( бт = 420 И/мн2) была получена расчетным путем по методике Э.Д.Васильева. Клеть нагругалн в статической состоянии до 0,15 UH. Вирину отпечатков по сечениям измеряли на инструментальном микроскопе УИМ-21 с погревностьи 5 мкм.

Экспериментальные исследования меввалковых давлений на'20-валковом стане 155 SUNDHIG в условиях АО СПЗ выполняли по следувцим вариантам: 1 -валки цилиндрические; 2 - первые промемуточные валки с двухсторонней конусностьп: AD1 xLk = 0,1x50 мы; остальные валки цилиндрические; 3 - холостые вторые промежуточные валки с двухсторонней конусностьп: AD2 xLk - 0,35x70 m<, остальные валки цилиндрические, где A0I - величипа бочкообразности,мы; Ltî - длина конусной части, мм. Валки были изготовлены в соответствия с заводскими ТУ в условиях ПО СИЗ.

После обработки контактных отпечатков получили экспериментальные значения мемвалковых давлений, которые вместе с результатами расчета распределения qi представлены на рис.3. ^

Рис.3

Эпиры межвалковых давлений по контактам 2.1 (а), 3.1 (б) валковой пирамиды. 1 - расчет цилиндрических ралков; 2 - расчет для конусных первых промеауточных валков А02 х Ьк = 0,1x50мм; 3 - расчет дла конусных холостых вторых промеауточных валков, ¿03 х 1.к = 0,35x70 мм; -о-, -о-, -*- - экспериментальные данные, соответствущие кривым 1,2,3; Р-0,15 МН, В=100 мм.

Сопоставление экспериментальных и расчетных данных свидетельствует об удовлетворительной сходимости результатов в контактах профилированных валков, а именно в контактах 2.1, 3.1, 3.2. В остальных контактах цилиндрических валков сходимость экспериментальных и расчетных результатов несколько ниже. Учитывая. что цель этих исследований - создание равномерного распределения мевконтактных давлений в очаге деформации за счет профилировки опорных валков, отмеченное расхождение результатов расчета по контактам вторых и третьих опорных валков моано считать приемлемым.

Анализ эпвр, полученных экспериментальным и расчетным путями . показывает, что в профилированных валках контактные давления в зонах перехода образувцей бочки валков от цилиндрической к конической возрастает (в зависимости от номера контакта) на 10-252. Это необходимо учитывшь при расчете контактной стойкости валков.

Поскольку на участке перехода от конической части к цилиндрической у профилированных валков наблюдается скачкообразное увеличение погонной нагрузки (рис. 3), то, по возможности, при обработке следует сглаживать этот переход.

На опытных комплектах первых и вторых опорных валков провели профилировку при шлифовании бочки в виде двух усеченных конусов и цилиндра в центральной части валка и по параболе на станке с ЧПУ. БолОе экономичным оказался первый способ, т.к. профилировку выполняли на стандартном оборудовании не требущем создания специальных приспособлений для сложного перемещения и правки абразивного круга. При расчете межвалковых давлений на ЗОН и в результате экспериментальных исследований был определен размер (1-2 диаметра бочки) центральной цилиндрической части профилированного валка, при котором рост погонной нагрузки на участке перехода от конической части к цилиндрической не оказывает влияния на качество микролентн.

Для рабочих валков профилировку бочки выполнили с образующей в форме параболы с помоцьн, предложенного в диссертации , способа профилировки за счет прогиба валка под действием силы резания. При этом, бочкообразность ограничивалась допуском на отклонение от круглости валка (2 мкм). Малая величина бочкообразности не позволила экспериментально определить ее влияние на распределение погонных давлений.

Предлозенная методика расчета межвалковнх давлений позволила рекомендовать рациональнуп, с точки зрения равномерности распределения погонных' давлений, профилировку первых и вторы* опорных валков в клетях 20-валковых станов,

ЗТ0ЧНЕНН8И РАСЧЕТ ДЛИНЫ ДУГИ КОНТАКТА ДЛЯ МАЛЫХ 0Б8АТИН

При прокатке микроленты дуга контакта увеличивается из-за упругой деформации валков и полосы, поэтому в зависимости от метода расчета значения длины дуги контакта разлячавтея до 1002.

В работе предложен уточненный расчет длины дуги контакта по преобразованной формуле (4), учитиваицей 1= 1хнч/ЧТйТГ и выведенной графоаналитическим методом. При (12/12-1) = 1 формула (1) сводится к выражении выведенному Хичкоком с учетом влияния упругой птдлчи полосы и сложности эпюры контактных давлений.

1д = TjrZLh + С q (81 + 82): (4)

где: г - радиус валка, им;¿h - абсолютное обжатие, мм; С = Cl II'/ (i^-l)J; Cl - коэффициент сложности эпюры; i - относительное удлинение дуги контакта, 1 = 1хичлШь ; 1хич - длина дуги контакта по Хичкоку, мм; q - погонное давление, НПа/мм; 81 - упругие постоянные валка и полосы соответственно, ммЗ/МПа.

Результаты расчета дуги контакта, по предложенной формуле для прокатки ленты из стали Х18Н10Т исходной толщиной S0 мкм на 20 валковом стане 155 в рабочих валках диаметром 8 мм, сопоставлены с расчетом по Хичкоку и представлены в таблице 1. .

Таблица 1

СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА 1д ПО ХИЧКОКУ И УТОЧНЕННОЙ МЕТОДИКЕ

Обжатие, Z Значения l = lxH4/>irÂh Удельная нагрузка, кН/мы Длина дуги контакта, мм Относ, ожибка 1д/1хич 1002

По формуле (4) По Хичкоку

3 1.8 7 0,121 0,1002 20,76

6 1.48 8 0,163 0,141 15,6

10 1,45 10 0,192 0.17 12,9

15 1.38 10,5 0,223 0.1983 12,46

19 1,37 11 0,242 0,219 10,5

29 1,35 11,5 0,284 0,262 8,39

35 1.37 12 0,304 0,284 7,04

fi

12.

Наибольшее расхождение результатов расчета наблпдается при малых обжатиях, когда упругое отжатие валков значительно. Правильность формулы (4) при расчете длины дуги контакта при малых обжатиях (менее 5%) подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными В.П.Полухиным, В.П.Николаевым, fl.fi. Королевым.

Уточненная методика расчета длины дуги контакта для малых обжатий при прокатке тончайжих лент позволила ввести дополнительные, более жесткие,требования к размеру структурных составлявших валковых материалов (карбиды, зерно).

РАСЧЕТ ТВЕРДОСТИ ВАЛКОВ В ПИРАМИДАХ 20-ВАЛК0ВНХ СТАНОВ

Экспериментальные исследования по определенна влияния ыасжтабного фактора проводили на стендах по испытанно на контактнуп выносливость образцов диаметром 8,8-250 мм из стали 90Х. База испытаний составляла Н=5*10 циклов. Твердость варьировалась в диапазонае HSC 33 - 32 ед. На каждом уровне напряжений испытывали по 3-4 образца. Кривые контактной усталостной прочности строили на основании статистической обработки А.К. Нитропольского и М.9. Яааина.

По результатам экспериментальных исследований с использованием графоаналитического метода расчета была выведена зависимость рекомендуемого соотножения твердости контактирующих пар валков, обеспечивавшая их оптимальное, с точки зрения равной контактной стойкости, взаимодействие при известном значении твердости рабочего валка:

HSC2/HSC1 = 0,4 + 3,16/[(D2/D1 ) + 4,261; (6)

где: HSC2, HSC1 - твердость контактирущих валков большего и меньшего диаметров, соответственно: 1)2 и D1 - диаметры контактирущих валков больжего и меньшего диаметров, соответственно.

Оценка соотножения твердостей валков, полученная с помочьв уравнения (В) d пирамиде 20-валкового стана 155 SHNIJHIG представлена в таблице 2.

Таблица 2

СООТНОШЕНИЕ ТВЕРДОСТЕЙ РАБОЧИХ И ОПОРНЫХ ВАЛКОВ

Тип валка Диаметр,мм Твердость О (НЯСз)

Рабочий Первый опорный Второй опорный 8,0 16,0 35,0 . 85 (62) 77 (58) 69 (52) 89 (64) 81 (60) 72 (54) 93 (66) 84 (62) 75 (56) 97 (68) 88 (64) 78 (58)

Рабочий Первый опорный Второй опорный 10,0 15,5 35,0 85 (62) 80 (59) 71 (53) 89 (64) 84 (62) 74 (55) 93 (66) 87 (63) 77 (58) 97 (68) 91 (64) 81 (60)

к 1

Ъ" !у

и \\

1 1 \ > \ ^ \\ \ ч . \ \ N

1 \ \ Ч ЧА \ "о, \

\ Г.А .....? V \ \ \ \ \ N V > N —

, X > * 1° Я и 2$ 10 ¿¿/ЛГ '

Рис.3

Влияние соотновения диаметров контактируичих пар валков на относительную твердость

Впервые предловен расчет твердости опорных. валков многовалковых станов, оснований на использовании влияния масвтабного фактора на стойкость валковых сталей. Применение расчитанного соотновения твердостей валков на практике позволит упростить ремонт станов при одновременной замене комплекта опорных, отработанных по контактной стойкости, валков.

УСТАЛОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ВОЛКОВ СТАНОВ ПРОКАТКИ МИКРОЛЕНТИ

Известно, что стали при циклическом нагрувении проходат следующие состоаниа, характерные для различных периодов усталости: неупрочненное состоание, упрочнение и разупрочнение. При фиксированном характере нагрузки их наступление и взаимный переход друг в друга зависат от факторов времени (количества циклов) и твердости (микротвердости).

По результатам контактных испытаний образцов легированных сталей на диаграмме стойкости установлено наличие линии "обратимой повревдаемости" параду с известными линиами "необратимой повреждаемости" (линиа Френча) и "разрушения" (линиа Велера).

В работе показано, что продолвительность первого периода усталости (до линии "обратимой повревдаемости") составлает около 25% от овидаемого ресурса наработки до разрувениа при циклическом нагрувении или около 502 до образования предельной твердости при превывении которой в металле возникает микротрецины. Этот период характеризуетса запасенной энергией упругой деформации и максимальным значением твердости по границам зерна и карбидов и Не зависит от уровня напрявений.

Установлено, что проведение низкотемпературного отпуска в момент достивениа состояния соответствувцего линии "обратимой повревдаемости", повывает долговечность валков холодной прокатки за счет выделения В карбидов по границам зерен и создания на этих участках остаточных напрявений сватия.

Известно, что в процессе прокатки, в поверхностных слоях-инструмента возникают циклические напрявения, во многом определявшие механизы нагрувения валка. При анализе напряженного состояния в поверхностных слоях валков отмечен факт наличия максимальных циклических сдвиговых напрявений глубину которых предловили определять соотновением:

Ивах = 0,319(Рср/Рмах) 1д(1- е ); (7)

где: е - относительная координата максимума давления, е = 2z/lд: z- расстояние от точки максимума давления до линии центров валков, мм; Рср/Рмах - отновение среднего контактного давления к максимальному; 1д - длина дуги контакта, мм.

При этом, в зоне максимальных значений сдвиговых напряжений в циклическом режиме работы материала валка, возможно отслаивание карбидов от металлической матрицы и их выкроживание. Для устранения этого явления, во время работы в поверхностных слоях, необходима организация напряженного состояния, близкого к всестороннему сжатию, за счет регулирования остаточных напряжений с применением таких перспективных видов механической обработки, как: выглаживание, суперфиниширование, магнито-абразивная обработка.

Экспериментально установлено, что при создании в поверхностных слоях остаточных напряжений сжатия наибояьжий предел выносливости наблюдается при равенстве остаточных напряжений сжатия напряжениям, возникающим при работе валка ( бост/ба = -П.

В работе предложена методика повыжения стойкости валков за . счет: 1) Создания напряжений сжатия по границам зерен и карбидов при достижении, установленного впервые, состояния "обратимой повреждаемости" с • помощью дополнительной термообработки; 2) Наведения заданных остаточных напряжений сжатия в приповерхностных рабочих слоях валков с помощью дополнительной механической обработки поверхности. Ожидаемое повышение стойкости за счет этих мероприятий составляет 50-1000

ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВАЛКОВ СТАНОВ ПРОКАТКИ МИКРОЛЕНТН

При прокатке микрорельеф бочки валка влияет на качество поверхности ленты. По результатам испытаний и в соответствии с ТИ заказчика показано, что лента должна удовлетворять дополнительным требованиям: не допускается присутствие отдельных и повторяющихся дефектов, распределение микронеровностей должно иметь четкую ориентацию по направлению прокатки, не допускается формирование на полосе • сетки микронеровностей. В связи с этим, в диссертации предлагается введение следующих дополнительных технических требований к микрогеометрии рабочих поверхностей валков: 1) Не допускается присутствие отдельных и повторяющихся искажений микрогеометрии профиля гШикронеровности должны иметь четкую ориентацию. Вершины и впадины дилжнн иредгтлвлять собой окружности с равномерным шагом. Глубина впадин, но попможности, должна быть одинаковой, а распределение

гребевков и впадин долвно быть равномерным, т.е. Si - const, где Si - ваг микронеровностей, мкм (Г0СТ-25142-82).

В работе проведено сопоставление результатов исследования состояния рабочих .поверхностей валков после тонкого влифования, суперфинивированя, доводки. Поскольку такие параметры иероховатости как, Ra и Rz fГОСТ—25142—82) не дают оценку контактным и трибологическим свойствам поверхностей, то по профилограммам были определены следующие параметры микронеровностей: a) tp - опорная длина профиля (ГОСТ 25142-82), б) tf- относительная площадь профиля (Стандарт Германии DIN 4763), %. Эти два параметра определявт контактные свойства поверхностей; в) Т - трибологический комплекс, котрий является обобщенной характеристикой по коэффициенту трения.

1/v

Т = Rsax /( Я *и ); (8)

где: f - радиус закругления вервин иикронеровностей, нкм;

Р= s/8b(il /И ); (9)

s-длнна основания иикронеровности, мкм; b-высота микронеровности,икм; i 1 я ! 2 - горизонтальное и вертикальное увеличение профилограммы при масвтабировании, соответственно; tp и R вах ( см. выве); и и V -параметры опорной кривой, характеризутдей распределение материала по высоте вероховатого слоя;

v

и = tp(RBax/Rp) ; v = 2tp*Rp/Ra - 1. (10)

Rp - наибольшая высота выступа над средней линией, мкм.

В таблице 3 показано, . что при одинаковых значениях Ra, соответствупцих различным видам обработки, величины tp и tf

пзлич1ш.

Установлено, что поверхность с больвей опорной длиной, плочадьв профиля и повыиенной контактной стойкостьи и износостойкостью соответствует суперфининированив; для упругого контакта, минимальное значение коэффициента трения такве соответствует поверхности после суперфиннвирования.

Результаты исследований рабочих поверхностей валков показали, что необходимо оценивать микрогеоыетрив по параметру tp или tf для

сравнения контактных свойств поверхностей, а такие по трибологической характеристике Т в особенности для рабочих валков.

На , основе анализа результатов проведенных исследований сфорыулироваины требования к рабочий поверхностям валков и сделан вывод о том, что наиболее приемлемым видом финивной обработки рабочих валков, в соответствии с разработанными требованиями к рабочим поверхностям, является тонкое влифование. Для опорных валков наилучжим видом финимной обработки является суперфинивирование.

Таблица 3

СООТНОВЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОРЕЛЬЕФА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ФИНШШОИ ОБРАБОТКИ

Метод обработки поверхности Ra=0.10-0.32 мкм Величина опорной части. X Комплекс -3 Т*10

tp tf

Суперфинивирование 25 8 4.6

Доводка 22 8 3,43

Тонкое влифование 7 2 2,0

ИССЛЕДОВАНИЕ ВАЛКОВЫХ СТАЛЕЙ, ИЗНОСА ВАЛКОВ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ.

В работе исследованы аналоги материалов зарубежных и-отечественных валков из сталей ЭХ, ДИК 3 SUPRA (типа Р7ИЗК5Ф5), ZR1 (типа Х12НФ) и рекомендованы стали для экспериментальных валков. Материалы выбирались с учетом дополнительных требований, повываищих эффективность процесса прокатки ыикроленты, а именно: повышенные значения модуля упругости первого рода, отсутствие неметаллических вклвчений, мелкодисперсная структура, высокая твердость. Опытные валки изготавливали из сталей: PGH5, Р6Н5К5, Р12К10МЗФЗ и безвольфрамового поровкового сплава, полученного методой поровковой металлургии. Режимы термообработки рабочих и- опорных валков выбирали в соответствии с предложенными табл.2 значениями твердости. Микроструктуру сталей

исследовали, с помоцьв микроскопа "HEOFOT" при увеличении 200 - 750*, на предмет определенна дисперсности карбидов и их выкровивания на участках валков с наибольшей выработкой,

Ястановлено, что наиболее предпочтительными по упругим характеристикам является стали ДИК 3 SUPRfl (Е=217 Ш1/ыы2) и Р12К10МЗФЗ (Е=215 НН/мм2), за ними следувт PGM5K5 (Е=207 КН/мм2) и безвольфрамовый поровковый сплав (Е=208 КН/мм2) и самой неблагоприятной маркой по этому показатели является 9Х(Е=197 КН/мм2). С точки зрения размера карбидов лучшим, из исследованых, материалом является безвольфрамовый поровковый сплав (размер карбидов не более 2 мкм), за ним следувт Р12К10ИЗФЗ, ДНК 3 SUPRfl, P6Î15K5, Р6М5 и 9Х (размер крупных карбидов в пределах 5-20 мкм) и самым неподходящим ZR1 т.к. форма карбидов близка к пряноугольной и размер достигает 25 мкм.

Впервые исследован процесс износа валков 20-валковых станов при прокатке микроленты, в результате чего, охарактеризованы зоны и участки поверхности валков, формирувциеся в процессе прокатки на 20-валковых станах 60, 155, 160. По профилогранмам получена сравнительная оценка нзновешшх валков из различных нарок сталей. Установлено, что наибольгая выработка при прокатке микроленты приходится на участки контакта кромки полосы и бочки валка.

По результатам испытаний установили, что наилучвими по стойкости является валки из сталей Р12К10ИЗФЗ и ДНК 3 SUPRfl. Несколько ниже стойкость у валков из стали Р6М5К5 и безвольфрамового сплава. Наименьшая стойкость у валков из сталей P6U5 и ЭХ.

При исследовании состояния полосы после прокатки валками с различным качеством поверхности бочки установили, что вероховатость-поверхности у полосы в среднем на один класс (Г0СТ-2789-73) выме, чем у бочки валка.

При прокатке наблвдали приработку валков до оптимального значения - тоховатости (станы 155 и 160 - Ra = 0,10 - 0,32 мкм, стан 60 - Ra = у, 14 - 0,08 мкм),-что, при повышенных требованиях к качеству поверхности микроленты, снивает время работы валка.

Оценка расходных коэффициентов валков станов прокатки микроленты показала, что в связи с необходимости удаления дефектного приповерхностного слоя с остаточными скалывапчими напрявениями, величина физического износа значительно ниже слоя, снимаемого при перевлифовках. Установлено, что эффективность работы валковых материалов значительно возрастает при прокатке валками малых диаметров.

ОБЩИЕ вывода

1. .Разработано и проведено комплексное исследование валков станов прокатки микролентн.

2. Уточнен расчет межвалковых давлений, который позволил, за счет профилировки первых и вторых опорных валков в клетях 20-валковых станов, добиться приемлемого (с точки зрения равномерности) распределения контактных давлений вдоль образующей бочки валка и получить уточненные значения межконтактных давлений.

3. Яточнен расчет длины дуги контакта для малих обжатий при прокатке тончайших лент, это позволило ввести дополнительные, более жесткие, требования к размеру структурных составляющих валковых материалов (карбиды, зерно).

4. Впервые предложен расчет твердости опорных валков многовалковых станов, основанный на использовании влияния масштабного фактора на

< стойкость валковых сталей. Применение расчитанного соотношения твердостей валков на практике упрощает ремонт станов при одновременной замене комплекта опорных, отработанных по контактной стойкости, валков.

5. Предложено повышение стойкости валков за счет выделения

карбидов по границам зерен и создания остаточных напрязений сзатия

при достижении, установленного впервые, состояния "обратимой повреждаемости" с помощью дополнительной термообработки. Овлдаенос повышение стойкости 50-5002.

6. Предложено повызение стойкости валков за счет: создания заданных остаточных напряжений сяатия в приповерхностных рабочыл слоях валков с помощью дополнительной механической обработки поверхности. Овидаемое повквение стойкости составляет 50-500 "А.

7.Для оценки качества микрорельефа поверхности бочек валков предложено использовать опорную длину профиля 1р или относительную площадь профиля ЬГ и трибологический комплекс Т . Нстановлена, с учетом специфики прокатки микроленти, что наиболее приеылемкы видов финишной обработки рабочих валков, в соответствии с разработанным»: требованиями к рабочим поверхностям, является тонкое- шлифование. Для опорных валков наилучшим видом финишной обработки язлястся суперфиниширование.

3. По пропедешша исследования!] валковых иатерналоо установлено, что лучиэп, из предложенных, стальа является Р12К10И303 которая по свайствач не уступает зарубенноау аналогу ПИК 3 SUPRft. По псследоваиоиу характер;) и степени износа прецизионных валков установлено, что наибольшая выработка наблюдается в местах контакта с кромкой шшроленты. По расходный козффкциептан установлено, что при прокатке инкролент величина снимаемого слоя при перезлнфовке значительно вцпе физического износа валков.

3. Данине исследования позволили организовать производство вцсококачествешшх салкив в отечествешшх условиях н отказаться от закупок даипртнгп ¡.нструаента и кикроленты.

OcHuBifUB резуль-ат1.' работа изложены в следупцих публикациях: I. Русаков П.Д.. Самарии Л.!!.. Иошшоп Г.К., и др.. ¡'азработка логик íümraiofl пзраЗотки и впсстглшзленчч г»а."Ков для стеноз : «•.<:•» прокати:: "••чфг^чнт'!. - Пал. ЬТП 42, 1902, л 7.

':, {'упакпз .'..Д., Caüapr.ri ft.ll., Крнааносскиа B.fi.. Доипях А.Г. лр'.'",>очгпио рздвоиа."'>аой нгкрогеоиетрии поверхности рабочей чздта -.лила яла прокат;?'.'. жперодентч. - Бия. НТВ :Ш,' 1932, 8 8. 3. ¡(йнкзх П.Г., Русаков А.Д.. Санаршг Я.Н., Николаев В.ft. Ясследо,-.<:!¡--HJ lí.Mioca валкой 20-валкоочх станов прокатки мнкролечт.ч. - Сталь,

1.гш, ;; 12.

П-.нхпач Г.ÍS., Русаков Й.Л., Сахарин fl.П. н др.Расчет кеявалко-

вч>: лавленнЛ в узлах 20-палкознх ставов с учете:! профилировки валков. Мзв. ВУЗов Чернам металлургия, 1903, 119.

•3. И.-исат RSí 2011507 CI. Способ sss$o»amia прецазиошшх прокатных-.•С.-.-.02 i иачкообрачпой нбразуу.еЛ. Ззтори: Русаков ft,Д., Cauapiui ft.II., 'j.ii. !! л>. 1rp¡'").i. 19'Мг.

Русаков ¡i.Л., C..::.fp¡ni й.Я., ílocTouoft ft.íj. Стали ваехпв станов .¡i'.ti;:i :;!крол<ч1ти. - Столь, 1993, Я 12. /. Чвкопае» ii.il.. Русаков Я.Д. Оценка сто'.чости рабочих валков cníüiüi кроватки иикроленти. - Сталь, 1994, ¡1 10,

U. Рдсакза А. Д., Николаев В.П..Бочков В.В. Лоиолпптелыше т:>ийова!ПИ> к качеству ппаеряпчяей валков для никрояентц . ~ Сталь, Í ЯЗИ, II í¡.

.1. Ииколэ'Ш В. А.. Русаков ft.Л. алуч^гипе качества валков ::ноговалктшх ст.знпи дли прокатки яикрилаитл.- Сталь, 1995, Н 3.

и.

10. Николаев В.А, Русаков А.Д. Явеличеннение долговечности валков при процатке кикролент с учетои усталостных авлений. - Сталь, 1995, НИ.

11. Николаев В.А., Русаков А.Д., Чичеиев И.А. Прогнозирование твердости валков иноговалковнх станов, - Сталь (в печати).

/

Московский государственный институт стали и сплавов. Заказ _____Объен 1п.л. Тиран 10!) экз. Типографии ЗОЭ ИИСнС,

Москва, ул. ОрдеошнгК'Тз», д. О/!!