7 Технології відновлення валків

7,1 Види зносу і руйнувань валків

Валки є основним інструментом для подрібнення зерна, тому від їх стійкості і працездатності залежать продуктивність і техніко-економічні показників.

Відомо, що при деформації металу в калібрах на контактних поверхнях виникають сили тертя, що викликають знос робочих поверхонь валка. Внаслідок великого тиску зерна на валки і високої температури в зоні контакту валка з зерном, що відбувається тепловий знос. Розтріскування поверхні погіршує відведення тепла від точок контакту, що збільшує тепловий знос. Величина теплового зносу залежить від міцності металу при підвищених температурах: чим менше знижуються механічні властивості при нагріванні, тим краще матеріал пручається тепловому зносу.

Вплив підвищених температур, води і повітря, а також пластична деформація поверхневих шарів викликають окислювальний знос робочої поверхні валка. Як відомо, при окислювальному зносі одночасно протікають два процеси: мікропластичної деформація поверхневих шарів і дифузія кисню в пластично деформовані обсяги металу. Окислювальний знос у валках розвивається особливо інтенсивно внаслідок пульсуючого контакту підчас подрібнення.

Особливо значне подрібненню відзначається при великосортних сортах зерна. Внаслідок цього на валках, крім теплового та окислювального, спостерігається абразивний знос, частка якого в загальному зносі валків збільшується за наявності окалини на поверхні металу, що подрібнюєця. При абразивному зносі відбуваються процеси мікропластичної деформування і зрізання поверхневих шарів металу твердими абразивними частинками.

Злам бочки валка буває прямим і косим. Прямий злам бочки можливий при порушеннях термічного режиму служби валків, перегрів бочки внаслідок недостатнього охолодження, швидкому розігріві холодних валків, значному місцевому перегріві. Наприклад, при поломці муфти валок зупиняється і перегрівається за рахунок тепла залишився в калібрі розкату. При цьому в тілі валка виникають значні напруги, що призводять до поломки. Іноді, допустивши деякий перегрів бочки, відразу дають сильне охолодження - валок лопається, часто навіть на холостому ходу.

Н ерівні і косі спрямовані злами бочки і шийок (рис. 1, а) можуть виникати внаслідок динамічних ударів. Такі злами виходять при:

а) неправильній укладанні валків, наприклад при значному перекосе їх у сусідніх клітях, коли валки відчувають нерівномірні вигини; б) незадовільну якість валкового металу; в) зосереджених динамічних навантаженнях, які викликають сколювальні напруги.

Слід зазначити, що злам від перегріву (зазвичай рівний) проходить майже строго посередині бочки перпендикулярно осі валка. Характер зламу від перегріву і перебільшених перегріву однаковий; їх розрізняють за кольором і температурі в перетині зламу. У першому випадку колір перетину зламу гарячого валка блакитний, у другому блакитний колір відсутній і температура в зламі бочки валка порівняно низька.

Рисунок 7.1 ̶ Деякі види зламу валків: а - косою злам валка по шийці; б - злам шийки валка від скручування; в - злам валка від втоми металу

При перегрів шийка скручується ламається по перетину тіла, як показано на рис. 1, б. Слід підкреслити, що злам шийки валка ніколи не буває рівним, подібно зламу бочки. Нерідко поломка валка відбувається в результаті «втоми» м еталу. Злам від втоми металу може відбутися як по шийці, так і по бочці валка.

Втомою металів називається процес, що відбувається в них при багаторазовому додатку навантаження і у відомих умовах (зовнішні надрізи, неоднорідність структури, стан поверхні) приводить до раптового (крихкому) руйнуванню. Властивість металів чинити опір руйнуванню від втоми називають витривалістю.

Форма втомленого зламу валка - чашоподібна (рис. 1, в), напрямок зламу - від шийки валка в сторону бочки. Перетин валка в зламі, зруйнованого від втоми металу, крім характерної форми, відрізняється також кольором: середина чаші, біля самої основи шийки валка, більш темного кольору, ніж колір решті площини зламу.

На відміну від звичайного руйнування, що виникає при одноразовій або повторюваних невелике число раз навантажень, втомне руйнування відбувається без зовнішніх ознак пластичної деформації навіть у самих пластичних металів.

За механізмом протікання процесу втомне руйнування відрізняється від руйнування при одноразовій статичному навантаженні тим, що носить виборчий характер. Зовнішнім проявом втоми металів є виникнення та поширення при багаторазових навантаженнях характерного вигляду поверхневих тріщин. Їх виникнення обумовлено тим, що поверхневі шари валка при роботі більш навантажені, ніж глибинні шари металу, оскільки першими сприймають різні навантаження при подрібнені (статичні, динамічні, теплові та ін.).

Тріщини втоми з'являються не відразу; виникнувши, вони поступово заглиблюються всередину валка по його перетину, поки ослаблення останнього не призведе до раптового руйнування металу. Руйнування від втоми здебільшого відбувається в напрямку, перпендикулярному дії найбільших розтягуючих напружень. Відмінна риса зламу від втоми - наявність двох зон: 1) зовнішнього кільця з характерною затертої поверхнею дрібнозернистого будови

- зона прогресивного розвитку тріщини під впливом змінних по знаку навантажень внутрішнього ядра залишкового зламу з крупнозернистою структурою - зона статичного руйнування, по якій валок ламається миттєво (коли він по перетину внаслідок розвитку втомних тріщин стає недостатньо міцним).

Втомне руйнування може початися одночасно в декількох місцях. На зламах поверхню втомної тріщини носить назву «зони втомного руйнування» на відміну від зони «остаточного (крихкого) руйнування» іншої частини.

Зона остаточного руйнування являє собою ту частину зламу, яка відповідає останній стадії зламу валка, вже ослабленого тріщиною втоми. Форма і розташування обох зон залежить від умов і величини змінних навантажень, властивостей металу та ін.

Механізм руйнування металу від втоми можна представити таким чином. Під впливом змінної по знаку навантаження на валок міцність окремих зерен, розділених різними плівками, прошарками, порами і неметалевими включеннями, поступово зменшується.

З часом ці зерна в площинах найбільшої слабини починають руйнуватися, що призводить до утворення мікротріщин, які в процесі роботи все більше і більше збільшуються, захоплюючи сусідні зерна, потім окремі ділянки металу. Процес виникнення, розвитку та злиття мікротріщин в одну велику тріщину (макротріщин) носить назву «втомленого розпушення» при циклічних навантаженнях. Коли опір металу в даному перетині досить слабшає, відбувається миттєвий злам або розрив металу від втоми.

Дефекти валків станів холодної прокатки ділять на дві групи: дефекти, що виникають при виготовленні, і дефекти, що виникають при експлуатації.

Т аблиця 1.1 Види дефектів та пошкоджень

Операція, при якій виникають дефекти і пошкодження	Види дефектів та пошкоджень
Виплавка і розливання	Неметалеві включення, флок, пористість, полон, ізоляція, раковини
Ковка	Карбідна сітка, раковистий і кам’яно подібний злам, великі блискучі плями в зламі, дендритна структура, закови, тріщини
Механічна обробка	Кільцеві ризики на внутрішньому каналі, підрізи в місцях сполучень, зсув осьового каналу, несквозной центровий канал, сітка шліфувальних тріщин, невідповідність розмірів кресленням
Термічна обробка	Низька або нерівномірна твердість, мала глибина активного шару, неоднорідна структура, підвищена крихкість, незадовільна мікроструктура загартованого шару (крупноігольчатий мартенсит, залишковий аустеніт, скупчення карбідів і карбідна сітка), великі залишкові напруги, гартівні тріщини, низька міцність металу у внутрішнього каналу
Експлуатація	Поломки, відшаровування, тріщини, навари, місцеві відбитки (порізи, вм'ятини, вдавлинами, «хвости»), вироблення бочок, місцеві перегріви, вигин (та інші ушкодження) шийок, задираки, забоїни, лампаси, знос активного шару

В процесі експлуатації робочі валки виходять з ладу з наступних причин: - Знос -60 ... 80%; - Сітка розпалу -10%; - Поломка, відшарування - 10 ... 30%.