Soğuk tandem haddelemede iş merdanelerinin yüzey soyulma nedenlerinin analizi

The soğuk haddeleme rulosu Soğuk tandem haddeleme ünitesinin önemli ve büyük ölçekli bir bileşenidir. Üretim süreci nispeten karmaşıktır ve çalışma ortamı zordur. Sürtünmeye, termal strese, darbeye ve diğer streslere maruz kalır. Kullanım sırasında kırılabilir, soyulabilir, aşınabilir vb. ve ardından arızalanabilir. sarf malzemelerinin maliyetini artırabilir ve üretimi etkileyerek ekonomik kayıplara neden olabilir. Bir şirketin paslanmaz çelik üretim hattının normal haddeleme üretim süreci sırasında, soğuk sürekli haddeleme iş silindirinin yüzeyi aniden soyularak arızaya ve kapanmaya neden olmuş ve normal üretimi ciddi şekilde etkilemiştir. Bu makale, soğuk tandem haddeleme iş silindirinin soyulma örneğini analiz nesnesi olarak almaktadır. Makroskobik kırılma, spektral bileşim ölçümü, sertlik, metalografik yapı ve taramalı elektron mikroskobu gibi fiziksel ve kimyasal test yöntemleri ile günlük kullanım koşulları birleştirilerek, silindir yüzeyinin soyulmasının nedenleri analiz edilmekte ve tartışılmaktadır.

Soyulmuş bloğun fiziksel ve kimyasal muayene sonuçları ve kırılmasının gözlenmesi

Rulo soyma bloklarının makroskobik morfoloji analizini gerçekleştirin (bkz. Şekil 1). Soyulmuş blokta tipik yorulma kırılma özellikleri vardır ve yorulma genleşme bölgesinin önemli bir özelliği olan merkezi daire alanında belirgin sırt çizgileri görülebilir. Kabuk çizgisinin merkezi, yorulma çatlaklarının başlama alanı olan yorulma kaynağıdır. Yorulma kaynağının yüzeyde değil, rulonun içinde yer aldığı görülebilir; dış halka alanı en büyük alanı kaplar ve makroskobik morfoloji, anında kırılma bölgesi olan radyaldir. Yapısal malzemelerin ve mekanik parçaların arızalanması durumunda, yorulma hasarı statik yük hasarından farklıdır. Çoğu uyarı vermeden ve beklenmedik durumlarda meydana gelir. Arızadan önce görünümde belirgin bir işaret yoktur ve hasar ciddidir.

Yorulma kaynak alanını gözlemlemek için taramalı elektron mikroskobu kullanılarak, yaklaşık 50 μm çapında granüler kapanımlar olduğu bulundu. EDS sonuçları, Ca, K, O, Mg, Al, Si ve diğer elementleri içerdiğini (bkz. Şekil 2) ve büyük taneli oksit karışık kapanım olduğunu göstermektedir.

Kimyasal bileşim: Spektral bileşim analizi için soyulmuş bloktan bir numune kesin. Rulo malzemesi 8Cr3NiMoV'dur. Test sonuçları Tablo 1'de gösterilmiştir. Alt sınırdan biraz daha düşük olan Cr elementi hariç, diğer bileşenler GB/T1299-2014 standardının kapsamındadır. Soyulmuş bloğun sertliğini test etmek için bir Rockwell sertlik test cihazı kullanıldı. Sertlik (HRC) değeri 64,5'e ulaştı ve numunedeki her konum nispeten düzgündü ve standart gerekliliklerini karşıladı.

Metalografik gözlem

Metalografik numuneleri yorulma kaynağından kesmek için bir tel kesme makinesi kullanıldı. Ölçümden sonra, yorulma kaynağı rulo yüzeyinden yaklaşık 8 mm uzaktaydı. Numune hazırlama ve parlatmadan sonra, ZEISSImager.A1m metalografik mikroskop, ZEISSEVO18 taramalı elektron mikroskobu ve diğer aletler gözlem ve analiz için kullanıldı. Soyulmuş blokta birden fazla kök şeklinde çatlak olduğu bulundu (bkz. Şekil 3). Çatlaklar iç yorulma kaynağından kaynaklandı ve rulo yüzeyine doğru genişledi.

Şekil 3 Soyulmuş bloktaki iç çatlaklar

Numunenin kapsamlı gözlemi, soyulmuş blokta 90 μm'ye kadar büyüklükte çok sayıda büyük kapanım olduğunu (bkz. Şekil 4a) ve kapanımların standardı ciddi şekilde aştığını ortaya koydu. Taramalı elektron mikroskobu enerji spektrum analizi kullanılarak (bkz. Şekil 4b), büyük parçacıklı büyük kapanımlar çoğunlukla O ve Al'dir ve az miktarda Mg, S, Ca, Mn ve Fe içerir. Bunların ana bileşen olarak Al2O3 ile karışık kapanımlar olduğu sonucuna varılabilir. Rulolar üretilirken eritme işleminin gevşek bir şekilde kontrol edilmesinden kaynaklanıyor olabilir.

2. Analiz ve tartışma

Çatlak oluşum süreci

Makroskobik morfoloji analizinden, rulo parçalanmasının iç yorulma kaynağından kaynaklandığı sonucuna varılabilir. Daha sonra, çalışma sırasında sürekli gerilim döngüsel gerilimi altında, çatlaklar kademeli olarak genişleyerek sırt çizgileri oluşturur. Yorulma çatlakları belirli bir ölçüde genişler ve bunun sonucunda yetersiz mukavemet ve haddeleme işlemi sırasında dış kuvvete dayanamama ortaya çıkar. Sonunda, bir sonlandırma bölgesi oluşur ve rulonun yüzeyi soyulur. Rulonun çalışması sırasında, rulonun yükünün neden olduğu maksimum birleşik kesme gerilimi haddehane ve rulo temas noktasındaki yerel sıkıştırma, rulo yüzeyinin altında küçük bir alanda yer almaktadır. Rulo üretilmeden ve kullanılmadan önceki hazırlık süreci artık gerilim üretecektir. Aynı zamanda, soğuk haddeleme işlem sıcaklığı düşük olmasına rağmen, rulo ve şeridin sıcaklığı da sürtünme etkisi altında artacak ve termal gerilime neden olacaktır. Haddeleme işlemi sırasında şerit kırılması, titreme, üst üste binme, kayma vb. meydana gelirse, rulo yüzeyi yerel aşırı yük ısısına ve darbe gerilimine maruz kalacaktır. Çelikte mekanik karışımlar şeklinde metalik olmayan kapanımlar bulunduğundan ve özellikleri çeliğin özelliklerinden çok farklı olduğundan, çelik matrisinin düzgünlüğünü ve sürekliliğini bozar ve orada gerilim yoğunlaşmasına neden olarak yorgunluğun kaynağı haline gelirler. Ayrıca, ısıtma işlemi sırasında metalik olmayan kapanımların ve matrisin doğrusal genleşme katsayıları farklıdır ve kapanımların yakınındaki matriste ek bir gerilim alanı oluşturur. Böyle karmaşık stres koşulları altında, yüzey tabakasında metalik olmayan kapanımlar, özellikle kırılgan kapanımlar varsa, küresel kapanımlar önce maksimum stresin iki ucunda matristen soyularak birincil mikro çatlaklar oluşturacaktır. Çatlak hızla yayılmadan önce, çelik matris ile kapanımlar arasındaki arayüz matristen kademeli olarak ayrılır ve bir çatlak kanalı oluşturur. Stres çevrimlerinin sayısı arttıkça, mikro çatlaklar topun kabuk yırtılma matrisi boyunca kademeli olarak dışa doğru genişler. Çatlağın genel boyutu, rulonun dayanabileceği kritik boyutu aştığında, yorulma çatlağı kararsız genişleme aşamasına girer ve rulo yüzeyi sonunda ani kırılma nedeniyle soyulur. Rulo yüzey soyulması birkaç işlemden geçmiştir: kapanımların neden olduğu çatlak başlangıcı → çatlak yayılması → soyulma.

Kapanımların yorulma özelliklerine etkisi

Kapanımların iş parçasının yorulma ömrü üzerindeki etkisi, kapanımların doğası, boyutu, miktarı ve dağılımı ile ilgilidir. Genel olarak konuşursak, matrisle zayıf bağlantısı olan ve deforme olmayan sert ve kırılgan masif veya küresel kapanımlar, örneğin TiN, Al2O3, vb., sünek ve uzun kapanımlardan daha zararlıdır. Çok sayıda kapanım olduğunda, yoğunlaştığında ve dağıldığında veya parçanın yüzeyinde veya yüksek gerilimli bir alanda olduğunda, yorulma ömrü üzerinde en ciddi etkiye sahip olacaklardır. Aynı zamanda, kapanımların yorulma özellikleri üzerindeki etkisi, matrisin yapısına ve özelliklerine de bağlıdır. Deneyler, yumuşak çeliğin yorulma dayanımının kapanımlarla çok az ilişkisi olduğunu göstermiştir. Çeliğin dayanımı arttıkça, kapanımların zararlı etkileri giderek daha ciddi hale gelir. ciddi. Yüksek sertliğe ve yüksek dayanıma sahip metal malzemelerde, kapanımların yorulma dayanımı üzerindeki etkisi önemli bir konu haline gelmiştir. İlgili araştırma verilerine göre, yorulma ömrü inklüzyonların boyutuna karşı çok hassastır. İnklüzyonların boyutunu azaltmak yorulma ömrünü önemli ölçüde iyileştirebilir. Yüksek sertlikli, yüksek dayanımlı iş parçaları için, yüzey inklüzyonlarının kritik boyutu 8 ila 10 μm'dir, bu boyut sertlik arttıkça azalır ve derinlik arttıkça artar. İnklüzyonlar kritik boyuttan daha küçükse, inklüzyonların neden olduğu yorulma kırığı önlenebilir ve yorulma performansı daha iyi olur; inklüzyonlar kritik boyuttan daha büyük olduğunda, inklüzyonların boyutu arttıkça çeliğin yorulma dayanımı ve yorulma ömrü keskin bir şekilde azalır. Literatüre göre, yüksek dayanımlı çelik için, inklüzyonların boyutu 1/3 oranında azaltılırsa yorulma ömrü 10 kat, inklüzyonların boyutu yaklaşık yarıya indirilirse yorulma ömrü 100 kat uzayacaktır. Aynı zamanda, kapanımların boyutu yarıya indirilirse, yorulma dayanımı 1,12 ila 1,15 kat artırılabilir. Özetlemek gerekirse, rulo kullanım sırasında karmaşık stresin etkisi altındadır ve bu da büyük kapanımlarda yorulma çatlağı kaynaklarına neden olur. Alternatif stres değişmeye devam ettikçe, yorulma çatlakları genişler ve kırık yüzeyinde oluşan ikincil çatlaklar oluşturur. Yorgunluk bantları ve radyal bantlar. Çatlağın genel boyutu kritik boyutu aştığında, yorulma çatlağı kararsız genişleme aşamasına girer ve rulo sonunda ani kırılma ve dökülme nedeniyle başarısız olur.

Çözüm

(1) Soğuk tandem haddelemenin yüzey dökülmesi çalışma rulosu yüzeye yakın bölgelerde büyük boyutlu Al2O3 benzeri kırılgan ve sert kapanımların neden olduğu yorulma kırığı sonucu oluşur.

(2) Ruloların tespitini güçlendirin. Ultrasonik test, iç kusurları tespit edebilir ve manyetik parçacık ve girdap akımı, yüzey kusurlarını tespit edebilir. Ruloların kalitesini sağlamak için duruma göre farklı yöntemler veya bir kombinasyon kullanılır.

(3) Kullanım sırasında soğutma ve yağlamayı sağlamak ve aşırı ısınmayı önlemek için bilimsel ve makul bir rulo kullanım ve bakım sistemi geliştirin.