Levha ve şerit fabrikalarında iş silindirlerinin kırılma nedenlerinin analizi

Özet: Bu makalede, şerit iş rulosunun kırılma sorunu açıklanmakta, kırılma durumu tanımlanmakta, kırılma nedenleri analiz edilmekte, çeşitli nedenlerle kırılmanın mekanizması ve işlevi açıklanmakta ve rulo kırılmasını önlemek için önlemler önerilmektedir.

Anahtar kelimeler:iş ruloları; kırık; kalıntı gerilim; yapısal kusurlar

Önsöz

Rulo kırılması, rulo hasarının en ciddi biçimidir. Sadece ruloların ve rulo malzemelerin kaybına neden olmakla kalmaz, aynı zamanda ekipman ve insanların güvenliğini de etkileyebilir. Kazayla başa çıkmak uzun zaman alacak ve makinenin çalışma hızını etkileyecektir. haddehane.

Şeridin kırılması çalışma rulosu rulo gövdesinde, rulo boynunda ve şanzıman uç şaft başlığında meydana gelebilir. Rulo kırılmalarının genellikle iki tür nedeni vardır: birincisi rulo malzemesinden veya üretim kalitesinden kaynaklanır, bu da üretimden sonra aşırı kalıntı gerilimi, döküm kusurları veya anormal yapılara, iç kapanımlara vb. neden olan uygunsuz ısıl işlem gibi rulonun kendisindeki doğal kusurlardan kaynaklanır. Diğer tür ise haddeleme işlemi koşullarına ve kullanım koşullarına aittir, yani gerilim, rulo yüzeyinde şiddetli termal çatlaklar, aşırı yükleme ve zayıf soğutma koşulları gibi dış nedenlerden dolayı artar. Çoğu durumda, rulo kırılması birden fazla faktörün birleşiminden kaynaklanır.

Ana kırılma modları ve nedenleri

Kalıntı gerilim ve termal şok kırığı

Haddelemenin başlangıcında, rulo yüksek sıcaklıktaki haddeleme malzemesiyle temas halindedir. Haddeleme işlemi ilerledikçe sıcaklık kademeli olarak artar. Bu işlem sırasında, rulonun yüzey sıcaklığı yüksektir, ancak çekirdek hala düşük bir sıcaklıktadır ve sıcaklık radyal yön boyunca dağılır. Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Şekil 1 Radyal yön boyunca rulo sıcaklığı dağılım diyagramı

Sıcaklık radyal yön boyunca parabolik olarak dağılır. Yüzey sıcaklığı yükselir ve hacim genişler. Bu genişleme düşük sıcaklıktaki çekirdek tarafından engellenir ve stres üretir. Oluşan termal stres üç parçaya ayrılabilir: eksenel stres (σz), teğetsel stres (σt) ve radyal stres (σr). Elastik teoriye dayanarak üç yöndeki termal stres hesaplanabilir. Yarıçap yönündeki çekme stresi olan radyal strese ek olarak, eksenel stres ve teğetsel stres yüzeyde basınçlı durumdayken, çekirdek çekme durumundadır. Haddeleme işlemi sırasında termal stres ve kalıntı stres üst üste binerek merkezde büyük bir sentetik çekme stresi oluşturur. Sentetik stres malzemenin çekme dayanımını aştığında, rulonun çekirdeğinde çatlaklar oluşur ve hatta rulo kırılabilir. Büzülme boşlukları, gözeneklilik ve kapanım kusurları varsa, rulo kırılmasının oluşumu daha da kötüleşecektir.

Yüksek sertliğe sahip bazı silindirler, bu silindirlerin kalıntı gerilimi yüksek olduğu için sıklıkla birçok parçaya ayrılır. Silindirin yüzeyinin altındaki yüksek kalıntı gerilim tepe noktası yüzeye çok yakınsa, termal ve mekanik gerilim nedeniyle felaket niteliğinde hasar meydana gelir veya yüzey çatlakları ve hasar çekme gerilimi bölgesine kadar uzanır. Bu tür hasarı teşvik eden diğer faktörler şunlardır: silindirin çalışması sırasında silindir yapısında büyük miktarda kalıntı ostenitin ayrışması, bu da hacim genişlemesiyle birlikte iç gerilimi artırır. Çelik silindirlerdeki yüksek hidrojen içeriği ve bunun zararlı etkileri (gevrek çatlama); özellikle yüksek çekme gerilimi olan alanlarda mevcut olduklarında yüzey altı kusurları.

650 mm çapındaki sıcak bantlı tandem haddeleme makinesinde yüksek NiCr'li bir silindirin son haddeleme işleminin son aşamasındaki kalıntı gerilimi, Şekil 2'de gösterildiği gibi ölçülmüştür. Şekil 2'den görülebileceği gibi, silindir çekirdeğinin eksenel yönündeki kalıntı gerilimi 12 kg/mm2'ye ve nihai çekme dayanımı σb=19 ~27kg/mm2'ye ulaşabilir. Bu nedenle, termal gerilimden kaynaklanan uzunlamasına gerilim >7 ~ 10 kg/mm2 ise, silindir çekirdekten başlayarak kırılacaktır. Bu kırılma şekline termal şok kırığı da denir.

Şekil 2 Yüksek NiCr rulosunun kalıntı gerilim dağılım diyagramı

Bu tür termal şok kırılmasını önlemek için, rulolar üretilirken, çekirdek malzemesinin mukavemetini artırmak için büzülme delikleri, gözeneklilik, kapanımlar vb. gibi iç kusurlar en aza indirilmelidir; rulo çekirdek malzemesinin plastisitesini artırın ve stres altında plastik deformasyonu artırın. , termal stresi azaltın; iç yapı iyi grafitlenir ve yüksek alaşımlı malzemeden dış katman, iyi termal iletkenliğe sahip olmak ve iç ve dış arasındaki sıcaklık farkını azaltmak için mümkün olduğunca inceltilmelidir. Çekirdek çekme stresini azaltmak için dış katman basınç stresini belirli bir aralıkta kontrol etmek üzere ısıl işlem sürecini makul bir şekilde formüle edin. Şekil 3, aşırı iç stres nedeniyle çatlamış bir rulonun fiziksel fotoğrafıdır.

Şekil 3 Rulo çatlamasının gerçek fotoğrafı

Rulo yuvarlanmaya başladığında, birkaç kolay yuvarlanabilen çeşidi yuvarlayarak ve yuvarlama ritmini kontrol ederek bir rulo sıcak işlemi yapılmalıdır. Gerekirse, ruloyu takmadan önce ruloyu önceden ısıtın. İyi soğutma koşulları sağlayın, kapalı su yuvarlamasını kesinlikle yasaklayın ve iç ve dış katmanlar arasındaki sıcaklık gradyanını azaltmaya çalışın; sıradan demir silindirler, silindirdeki artık gerilimi azaltmak için kullanımdan önce yarım yıl ila bir yıllık doğal bir yaşlanma süresine sahip olmalıdır. Sıcak haddelenmiş ince sac rulolar için, ruloları önceden ısıtırken kontrol edilebilir indüksiyon ısıtma ekipmanı (eşit ısıtma, kontrol edilebilir ısıtma hızı) kullanılması önerilir. Ön ısıtma sıcaklığı 380 ~ 420 ℃'dir ve ön ısıtma süresi yazın 6 ~ 7 saat, kışın 10 ~ 12 saattir. Rulo ön ısıtması çok aceleyle yapılamaz. Büyük sıcaklık farklarından kaynaklanan aşırı iç gerilim nedeniyle rulo kırılmasını önlemek için yeterli ısı koruma süresi olmalıdır. Aslında, silindir kırılması genellikle yetersiz ön ısıtma süresinden kaynaklanır ve bir kısır döngü oluşturur. Aynı zamanda değiştirilen rulo, rejeneratif termal stres oluşumunu önlemek veya zayıflatmak için, yavaş soğuma için derhal yavaş soğutma çukuruna yerleştirilmelidir.

Yorulma çatlağı yayılımı ve kırılma

Haddeleme işlemi sırasında, rulo üzerindeki çatlaklar bükülme stresinden etkilenir. Çatlaklardan biri çok derinleşirse, ağır haddeleme sırasında ortadan kaldırılamaz. Haddeleme devam ettiğinde, çatlaklar alternatif termal stres ve periyodik bükülme stresinin etkisi altında hızla genişler. Aynı zamanda, haddeleme işlemi sırasında demir oksit ölçeğinin gömülmesi ve soğutma suyunun korozyonu nedeniyle çatlakların genişlemesi hızlanır. Çatlak yorgunluğu belirli bir derinliğe kadar genişlediğinde, rulonun etkili çapı küçülür ve rulo kırılması meydana gelir.

Şekil 4, istiflenmiş ince bir levhanın rulosundaki halka çatlaklarının genişlemesiyle oluşan rulo kırığının fotoğrafıdır. Şekil 4'ten, rulo gövdesinin yüzey tabakasındaki büyük karbürlerin gevrek olduğu ve alternatif termal stresin etkisi altında termal çatlaklara neden olduğu görülebilir. Haddeleme işlemi sırasında yorulma halka çatlaklara genişler ve halka çatlaklar rulo gövdesinin kırılmasına neden olur. Sıradan soğuk sert lamine ince levha rulolarının kırık rulolarının arıza karakteristikleri incelendiğinde, rulo gövdesinin orta kısmının dış tabakasındaki çatlak dağılımının çoğunlukla dikey ve eksenel olduğu bulunmuştur. Bunun nedeni, rulo gövdesinin ortasındaki yüksek sıcaklık, en büyük eğilme momenti ve haddeleme işlemi sırasında sık görülen eğilme yorulma etkileridir. Haddeleme ilerledikçe, bu tip çatlak çevresel yönde kademeli olarak genişler ve halka çatlaklar oluşturarak rulo gövdesinin etkin yük taşıma kesitini azaltır.

Şekil 4 Halka şeklindeki çatlakların genişlemesinden kaynaklanan yuvarlanma kırığı çalışma rulosu

Çatlak genişlemesinden kaynaklanan rulo kırılmasını önlemek için en önemli şey rulonun belirli bir ağırlığa sahip olduğundan emin olmak ve gerekli tespit yöntemlerini almaktır. Renklendirme kusur tespiti, manyetik parçacık kusur tespiti, girdap akımı kusur tespiti vb. gibi yöntemler, rulonun yorulma mukavemetini iyileştirmek için rulonun yüzey işlemini güçlendirmek için de kullanılabilir.

Döküm kusurlarından kaynaklanan rulo kırılması

Rulonun içinde büzülme boşlukları, gevşeklik, cüruf kapanımları, gözenekler ve beyaz noktalar gibi kusurlar olabilir. Bu kusurlar bir yandan malzemenin mukavemetini azaltırken, diğer yandan da etkili yük taşıma kesitini azaltır. Genellikle periyodik stresin etkisi altında kademeli olarak genişleyen ve sonunda rulonun kırılmasına neden olan çatlakların kaynağı olurlar. Şekil 5, kusur kaynağının genişlemesi nedeniyle kırılan bir rulonun fiziksel fotoğrafıdır. Şekil 5'ten görülebileceği gibi, kesitte kapanımlar ve yorulma çatlakları vardır ve bu da rulonun mukavemetinde bir azalmaya yol açar. Yorulma çatlaklarının genişlemesi de etkili yük taşıma kesitinde bir azalmaya neden olur. İkisinin birleşimi rulonun kırılmasına neden olur.

Şekil 5 Kusur kaynağı rulo kırılmasına neden olur

Anormal yapı nedeniyle rulo kırılması

Döküm demir silindirlerin yetersiz aşılanması, bileşenlerin mantıksız dağılımı, çok düşük döküm sıcaklığı, soğuk tip kaplamanın çok güçlü termal iletkenliği ve çok ince kaplama kalınlığı, silindirin beyaz tabakasının çok derin olmasına veya tüm kesitinin transkristalin olmasına neden olabilir. Silindirin mukavemetini ciddi şekilde azaltacak ve silindirin kırılmasına neden olacaktır.

Sfero döküm rulosu zayıf küreselleşmeye veya küreselleşme azalmasına sahiptir. Matristeki grafit pullar halinde bulunduğunda, metal matrisin sürekliliğini ciddi şekilde bozar, böylece metal matrisin etkin kesit alanını azaltır ve rulo gerildikten sonra lokal gerilim yoğunlaşmasına neden olur. Pul grafitin yıkıcı etkisinin neden olduğu lokal gerilim tepe noktası, ana gerilimin 10 ila 20 katına ulaşabilir. Pul grafitin ucunun eğrilik yarıçapı ne kadar küçük ve uzunsa, bu değer o kadar büyük olur. Bu durumda, rulo matrisinin mukavemeti yalnızca 30% ila 50% tarafından etkili bir şekilde kullanılabilir. Genellikle sünek demirin mukavemeti 300 MPa'nın üzerindedir, yüksek mukavemetli gri dökme demirin mukavemeti 270 MPa'yı geçmez ve sıradan gri dökme demirin mukavemeti 200 MPa'nın altındadır.

Küreselleşme gerilemesi küçük ve orta boy silindirlerde daha az belirgindir, ancak büyük sünek demir silindirlerde oldukça belirgindir. Erimiş demir uzun süre kaldığında, silindirin üst boynundaki grafit küreselleşemez. Büyük çiçeklenme grafiti veya dendrit grafiti ortaya çıkar (Şekil 6'da gösterildiği gibi), matris mukavemetinde büyük bir kayba neden olur ve dökme demir silindirin mukavemetini ciddi şekilde azaltır. Bu nedenle, sünek demir silindirler için, erimiş demirdeki küreselleşme yeterli olmalı ve küreselleşme işleminden sonraki sedasyon süresi uygun şekilde kısaltılmalıdır, bu da sünek demirin düşüşünü azaltmak için faydalıdır.

Şekil 6 Asferik grafit yapısı

Yüksek NiCr ve yüksek Ni iğneli sünek demir ve dövme çelik silindirlerde, martensit veya tutulan ostenit miktarı çok yüksekse, ostenit haddeleme işlemi sırasında martensite dönüşecek ve bu da silindirin iç gerilimini artıracaktır. Ayrıca silindirin kırılmasına da neden olabilir.

Bir çelik haddeleme tesisinde kullanılan Φ880 mm yüksek kromlu demir ruloda rulo kırılma kazası meydana geldi ve rulo gövdesi iki parçaya kırıldı. Bu rulo üretilirken, fırın nedeniyle ısıl işlem düzgün bir şekilde gerçekleştirilmedi. Sorbit miktarı açıkça yetersizdi ve martensit (tutulmuş ostenit) miktarı çok fazlaydı. Sonuç olarak, rulonun kullanımı sırasında yapısal dönüşüm gerilimi artarak rulonun kırılmasına neden oldu. Metalografik yapısı Şekil 7'de gösterilmiştir.

Şekil 7 Aşırı miktarda kalıntı ostenit içeren metalografik diyagram

Dövme çelik silindirler için, bileşen ayrışması (makro ayrışma ve mikro ayrışma) göz ardı edilemeyecek bir faktördür. Ayrışma, tüm döküm yapısını düzensiz hale getirir. Isıl işlem ve söndürme sırasında, kesit boyunca soğutma hızındaki fark, yapının düzensizliğini yoğunlaştırır. Üst bainit, ayrılmaya eğilimlidir ve gevrek kırılma meydana gelebilir. Ferrit, düşük yorulma mukavemetine sahiptir ve yorulma çekirdeklerine eğilimlidir; karbür veya grafit ciddi şekilde ayrıştığında, silindirin mukavemetini de ciddi şekilde zayıflatacak ve yorulma kaynağı haline gelecektir. Gerilim yeterince büyük olduğunda, silindirin kırılmasına neden olacaktır.

Rulo boyun kalitesinden kaynaklanan rulo kırılması

Silindir boynu malzemesi niteliksizdir. Silindir boynu malzemesi düşük akma dayanımına ve zayıf yorulma direncine sahiptir ve büyük haddeleme kuvveti veya alternatif eğilme gerilimi altında silindir boynunda yorulma çatlaklarına neden olur. Döküm silindirleri için, yoğuşma sırasında erimiş çeliğin yetersiz beslenmesi nedeniyle silindir boynunda büzülme delikleri oluşur ve bu da silindir boynunun mukavemetini azaltır. Çelik haddeleme sırasında aşırı burulma momenti yüklerine dayanamaz ve silindir boynunu kırmak, torx kafasını ve kama yuvasını kırmak kolaydır. Bu tür kusurları azaltmak için kimyasal bileşimi ayarlamak, malzeme mukavemetini artırmak, döküm sıcaklığını uygun şekilde artırmak, köpük kapasitesini artırmak ve sıralı katılaştırma gibi önlemler alınmıştır.

Kullanımdan kaynaklanan silindir kırılması

Çalışma hatalarından kaynaklanan silindir kırılması

Ana nedenler şunlardır: çelik haddeleme üretim süreci sırasında, düşük sıcaklıktaki çeliğin ve siyah nokta çeliğinin haddelenmesi veya çalışma prosedürlerine göre çalıştırılmaması, indirgeme miktarının körü körüne artırılması ve haddeleme geçişlerinin sayısının azaltılması, aşırı haddeleme basıncına neden olarak silindirin kırılmasına neden olur. Kapalı su haddelemesinden sonra, soğutma suyu çok hızlı verilir ve bu da aşırı termal stres nedeniyle silindirin kırılmasına neden olur. Silindirler yanlış takılır ve silindirler çalışma sırasında eşit olmayan bir şekilde gerilir, bu da yerel aşırı yüklenmeye ve silindir kırılmasına neden olur; ince plakaların soğuk haddelenmesi sırasında, silindir presleme kuvveti çok büyüktür ve tork, haddeleme torkundan daha büyüktür ve haddeleme değirmenini çalıştırırken şaft başı bükülebilir.

Uygunsuz tasarımdan kaynaklanan silindir kırılması

Silindir boynu kökünde tasarlanan fileto yarıçapı çok küçük olduğundan, gerilim yoğunlaşması ve uygun olmayan silindir malzemesi seçimi meydana gelerek silindir kırılmasına neden olmaktadır.

Ekipman kaynaklı silindir kırılması

Haddeleme değirmeninin şanzıman kısmındaki bileşenler aşınır ve silindir boynunda ve şaft kafasında ek eğilme gerilimine neden olarak silindir boynunun veya şanzıman ucunun kırılmasına neden olur. Yatak kutudan çıkar çıkmaz yanar ve silindir boynu sıcaklığının çok yüksek olmasına ve silindir boynunun kırılmasına neden olur. Yüksek hızlı haddeleme değirmenlerinde, haddelenmiş parçanın yüksek hızlı ısırma darbesi, şanzıman sisteminde burulma titreşimine neden olur ve bu da gerilim yükünü birkaç kat artırabilir. Burulma titreşiminin oluşturduğu gerilim, silindirin yorulma kırılmasına da neden olabilir. Haddeleme değirmenleri yüksek hızlı, yüksek güçlü ve çok armatürlü motor tahriklerine doğru ilerledikçe bu olgu giderek daha ciddi hale gelir ve silindir mukavemeti açısından dikkate alınmalıdır.

Çözüm

Sac ve şerit çelik fabrikaları, ruloların seçimine ve kullanımına yeterli dikkati göstermelidir. Kullanım kalitesi, doğrudan üretim hattının çalışma hızı ve çelik levhaların kalitesiyle ilgilidir. Hem üretimden hem de kullanımdan başlamalıdır. Anormal hurda oluşumunu önlemek için ruloların içsel kalitesini iyileştirirken, ruloların planlandığı gibi değiştirilmesini ve ruloların hizmet ömrünü uzatmak ve rulo tüketimini azaltmak için rasyonel bir şekilde kullanılmasını sağlayın. Rulo üreticileri ve kullanıcıları, orta ve kalın levhaların üretim ihtiyaçlarını karşılamak için iletişimi güçlendirmeli ve sürekli olarak deneyimleri özetlemelidir.