Файл: Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке..pdf

существенно зависит от скорости относительного перемещения контактирующих поверхностей и от давления.

Изучение структуры навара на валках холодной прокатки и навара, образовавшегося при испытаниях на схватывание стали 9Х (см. ниже, раздел 5), также подтвердило, что в обоих случаях проис­ ходят одинаковые структурные превращения. Величина зерна и степень деформации существенно меняются на разном расстоянии от зоны схватывания. На достаточном удалении от этой зоны зерна имеют несколько вытянутую форму с ярко выраженными полосами скольжения. Степень деформации возрастает по мере приближения к зоне схватывания, и на расстоянии, несколько превышающем 0,1 мм,

равноосных зерен. В этой области происходит рекристаллизация металла в результате возникновения' в зоне схватывания высоких температур.

Склонность металлов к схватыванию определяется целым рядом факторов, основными из которых при прочих равных условиях являются прочностные свойства и качество механической обработки поверхностей трущихся деталей:

В работах [10, 103] отмечено, что склонность металлов к схва­ тыванию II рода обусловлена степенью их теплоустойчивости. Чем больше теплоустойчивость стали, тем выше та критическая темпера­ тура, при которой материал будет достаточно пластичен для сближе­ ния ювениальных поверхностей и образования металлических связей. Процесс схватывания контактирующих металлов обусловлен выхо­

й трансляции связей между соединяемыми металлами за время порядка 10_3— 10-4 с [10].

Согласно современным представлениям о природе процесса схва­ тывания [103], необходимым условием для образования первых мостиков схватывания между трущимися деталями является пласти­ ческая деформация поверхностных микрослоев обоих металлов. При сварке разнородных металлов с сильно различающимся сопроти­ влением пластической деформации (например, при наваривании прокатываемой полосы на валок) процесс схватывания лимитируется процессом активизации более твердого металла, т. е. пластической деформацией поверхностных микрослоев валка. Следовательно, по­ верхностное упрочнение валков и повышение качества механической обработки поверхности должно способствовать снижению склонности валков холодной прокатки к схватыванию.

Перспективным методом упрочнения валков является высоко­ температурная термомеханическая поверхностная обработка (ВТМПО), которая способствует значительному увеличению проч­ ности при сохранении того же уровня пластичности, что и при обыч­ ной закалке [10]. Так, благодаря термомеханической обработке

№0

рабочих валков двадцативалкового стана их работоспособность повысилась на 25% [10]. Другим фактором, существенно влияющим на склонность металлов к схватыванию, является качество поверх­ ности трущихся деталей. В работе [10] показано, что при шлифова­ нии поверхности валков холодной прокатки с применением синте­ тических алмазов значительно улучшается качество поверхности, уменьшается шероховатость, ■ степень наклепа, происходят опреде­ ленные изменения в структуре, способствующие повышению работо­ способности валков. В связи с этим большой интерес представляет также исследование влияния алмазного шлифования на склонность валков холодной прокатки к схватыванию.

5. ПОВЫШЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СХВАТЫВАНИЮ

СПРИМЕНЕНИЕМ ВТМПО И АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВАЛКОВ

Повышение сопротивления схватыванию в очаге деформации при холодной прокатке имеет большое практическое значение, в первую очередь применительно к высокоскоростным станам кварто и много­ валковым станам.

Рассмотрим результаты исследований влияния комплекса ВТМПО и алмазного шлифования на склонность стали 9Х к схватыванию по сравнению с закалкой ТВЧ и абразивным шлифованием по стан­ дартным режимам.

Образцы для испытания на схватывание изготавливали из стали.9Х в форме колец шириной 25 и диаметром 73—74 мм *. За­ калку с применением ТВЧ и ВТМПО осуществляли на промышленной установке Старо-Краматорскбго машиностроительного завода. Об­ разцы каждой партии надевали на одну оправку и обрабатывали одновременно, что обеспечивало одинаковые условия термической обработки всех образцов (закалка с 900—920° С). Давление обкатки роликами перед последующей закалкой составляло 75 кгс. После закалки с применением ТВЧ и ВТМПО образцы подвергали низко­ температурному отпуску t = 180° С в течение двух часов.

Твердость всех образцов после обработки составляла 43—45 HRC. После термической обработки каждую партию образцов подвергали алмазному или абразивному шлифованию.

Перед шлифованием каждый образец надевали на конусную оправку, на которой впоследствии проводили испытания на схваты­ вание 1,* при этом биение не превышало 20 мкм. Класс чистоты и качество поверхности после шлифования определяли на профило­ графе при увеличении в 40 000 раз.

Испытуемый образец вращался с определенной скоростью в цен­ трах токарного станка. Другой образец прижимался к испытуемому, с помощью нагрузочного устройства, смонтированного на суппорте станка. Трущейся парой являлись кольца из стали 9Х (обработан­

и н ж е н е р о в г р а ж д а н с к о й а в и а ц и и .

ные по режиму ВТМПО или закаленные ТВЧ с последующей алмаз­ ной или абразивной шлифовкой поверхности) и прямоугольные образцы из стали СтЗ. Испытания на схватывание проводили без смазки в условиях сухого трения.

Изменения нагрузки Р и силы трения F записывались автомати­ чески. Все испытания проводили при скорости вращения испытуе­ мого образца, равной 300 об/мин.

Исследования структуры образцов до и после испытания на схва­ тывание проводили на металлографическом микроскопе МИМ-7. Для изучения структуры образцы разрезали абразивным кругом с интенсивным охлаждением водой. Слой глубиной 0,1 мм со струк­ турой, измененной в результате порезки, удаляли электрополи­ ровкой в растворе хромового ангидрида в ортофосфорной кислоте. Выявление структуры производили 3% -ным спиртовым раство­ ром HNOg и электротравлением в 10%-ном растворе хромового ангидрида в воде.

Микротвердость под зоной схватывания измеряли на при­ боре ПМТ-3 с нагрузкой 50 и 100 гс. Шлифы для измерения микро­ твердости приготовляли механической и электролитической поли­ ровкой.

Для оценки влияния вида шлифовки на структуру образцов после закалки с применением ТВЧ и ВТМПО определяли полуши­ рину линии (1Ю)а железа на установке УРС-50-ИМ. Форму дифрак­ ционного пика.записывали автоматически (самописцем). В некото­ рых случаях проводили измерение интенсивности линии «по точкам».

Рентгенографические измерения проводили при следующем ре­ жиме съемки: излучение Со, % — 1,788 А, напряжение на трубке

О = 43 кВ.

Изучение структуры навара на валках холодной прокатки и навара, образовавшегося при испытаниях на схватывание стали 9Х со сталью СтЗ, показало, что в обоих случаях происходят одинаковые процессы. При слабом травлении навара, образовавшегося на валке холодной прокатки (рис. 113, а), отчетливо видно зону сильной пластической деформации, непосредственно прилегающую к зоне схватывания. Аналогичную структуру имеют образцы после испыта­ ния на схватывание (рис. 113, б). Следовательно, при образовании навара на валках холодной прокатки, как и в случае испытания металлов на схватывание, возникновение ювениальных поверх­ ностей между соединяемыми металлами сопровождается сильной пластической деформацией более мягкого металла.

При более сильном травлении, выявляющем структуру самого навара, можно увидеть, что величина зерна и степень деформации сильно зависят от расстояния до зоны схватывания. На достаточном удалении (2 мм) от зоны схватывания зерна имеют сильно вытяну­ тую форму с четко выраженными полосами скольжения (рис. 113, в). Степень деформации возрастает по мере приближения к зоне схва­ тывания, и на расстоянии, несколько превышающем 0,1 мм, наблю­ даются сильно искаженные зерна и полосы деформации (верхняя часть рис. 113,г).

162

Туры наваренного металла. Изменение интегральной интенсивности / и полуширины В дифракционной линии (110)а приведено на рис. 114.

Кривая изменения полуширины линии (110)а имеет минимум на расстоянии 0,1 мм от зоны схватывания. Уменьшение значения

винтервале 0,6—0,1 мм вызвано процессами отпуска в деформиро­ ванном металле навара в результате развития высоких температур

взоне схватывания. На расстоянии <0,1 мм вследствие увеличения температуры по мере приближения ■ к зоне схватывания начинается рекристаллизация металла. Однако в результате кратковременного нагрева и последующего охлаждения в рекристаллизованной зоне происходит частичная закалка, что резко увеличивает полуширину линии (110)а в интервале 0,1—0 мм.

о протекании процессов деформации и рекристаллизации в металле навара на расстоянии до 0,20 мм от зоны схватывания. Из рис. 111— 113 видно, что от 0,2 до 0 мм интегральная интенсивность возросла почти вдвое, что вызвано, очевидно, появлением текстуры рекри­ сталлизации типа (ПО).

Таким образом, исследование структуры навара свидетельствует о том, что в процессе сваривания прокатываемой полосы с металлом валка происходят значительные структурные изменения, которые начинаются с сильной пластической деформации поверхностных слоев привариваемого металла и кончаются процессами рекристал­ лизации и частичной закалки вследствие развития высоких темпе­ ратур в зоне схватывания.

Полученные результаты подтверждают правильность сделанного ранее вывода о том, что процесс образования наваров на валках холодной прокатки имеет ту же природу, что и схватывание в дета­ лях машин [10].

Для исследования влияния термической .обработки и качества поверхности валков на склонность стали 9Х к схватыванию было проведено три серии испытаний. Первую серию испытаний прово­ дили на образцах, закаленных с нагрева ТВЧ и подвергнутых шли­ фованию абразивными кругами. Эта серия испытаний соответство­ вала стандартной обработке валков, применяемой в настоящее время в промышленных условиях. Вторая серия образцов была обработана по схеме ВТМПО [101 и прошлифована абразивными кругами по тем же режимам, что и первая. Третья серия образцов была обработана по схеме ВТМПО и прошлифована алмазными кру­ гами.

На рис. 115 приведены экспериментальные данные испытания образцов из стали 9Х после ВТМПО и алмазного шлифования со сталью СтЗ. Кривую зависимости силы трения F от нагрузки Р можно разбить на три участка, характеризующие три этапа разви­ тия схватывания при трении, рассматриваемые в работах [10, 103].

На I этапе схватывания скольжение трущихся тел происходит по поверхностным пленкам в условиях упругой деформации контак­ тирующих металлов. Этот этап характеризуется началом сдвига и

164