I z Dir. Dr. Ing. Robert Pribyl Linz — Austrija DK: 621.944.07; 669.71; 669.5 ASM/SLA: W 23, Al, Zn Nova vrsta valjev za valjanje aluminija in cinka Opisana je nova vrsta jeklenih kovanih in na poseben način plamensko kaljenih valjev za vroče valjanje aluminijeve in cinkove pločevine. Prednost teh valjev pred valji iz trde litine je predvsem v izredni iilavosti in odpornosti proti zlomom tudi pri najtežjih nezgodah. Valji so popolnoma odporni proti luščenju površine in proti tvorjenju vročih risov. Valje iz trde litine novi VOEST-ovi valji daleč prekašajo v življenjski dobi storilnosti in gospodarnosti. V romantični dolini Traisen leži na progi St. Polten—MariazelI v bližini Zisterzinskega samostana Zilienfeld — majhna vasica Marktl. Tukaj je sedež firme Fried v. Neuman, ki je bila leta 1780 ustanovljena kot kovačija. Ta je obstajala do 1.1920. Leta 1832 je bila zgrajena valjarna za črno pločevino, 1. 1904 pa so jo preuredili za proizvodnjo cinka. Od leta 1946 valjajo tudi aluminijevo pločevino. Poleg vroče in hladne valjarne stoji tudi stiskalnica za stiskanje profilov. V Avstriji se nahaja 5 valjam aluminija in samo ta valjarna cinka. V tej valjarni valjajo čisti aluminij z 99,3 % do 99,85 °/o Al in tudi zlitine »Aluman« (Al-Mn), Anti-korodal (Al-Mg-Si) in »Peraluman« (Al-Mg 1,5 in Al-Mg3). Pri cinku imamo opraviti samo s finim cinkom in nerafiniranim cinkom. Oprema valjarne Valjalno ogrodje: enosmerni duo firme Krupp-Gruson/Magde-burg; pogon preko odprtega zobatega predležja in pogonski motor 500 KS maksimalni valjčni pritisk na vsakem vretenu 500 t; maksimalna hitrost valjanja ca. 63 m/min.; maksimalna storilnost 5 t Al/uro; valjčni čepi tečejo v odprtih bronastih ležajih; hlajenje valjev in mazanje z 15 % oljno emulzijo; čepi se dodatno mažejo z lojem. Karakteristike vročih valjev premer valjev dolžina delovne površine skupna dolžina ležajni čepi deteljica teža: litih trdih valjev kovanih valjev 725 mm se izkorišča do 690 mm 1450 mm 2610 mm 550 mm 0 x 330 mm dolž. 450/310 mm 0 X 250 mm dolž. 6385 kg 6530 kg Valjajo se brame debelina 155 — 185 mm (pri Zn 70 mm) 500 — 600 mm ca. 1050 mm sirma dolžina teža maks. 450 kg pretežno 260 kg do marca 1963 350 kg od marca 1963 Izvaljana vroča pločevina najmanjša debelina širina največja dolžina 8 mm, pri cinku 12 mm 550 dol200 mm, pri cinku 600—110 mm 10000 mm Za ogrevanje aluminijevih blokov na temperaturo valjanja (500 —620° C) služi moderna električno ogrevana peč s premičnimi gredami z največjo storilnostjo 3 t aluminija na uro. Ista peč se uporablja tudi za ogrevanje cinkovih blokov na temperaturo valjanja 200° C. V opisanem vročem duo ogrodju so v začetku —odgovarjajoče takratnemu stanju tehnike — upo- rahljali izključno lite valje s trdo skorjo, s trdoto delovne površine 60—70 shore D in naslednjo smerno analizo: C 2,6 °/o, Si 0,7 %, Mn 0,3 °/o, P 0,4 %, S 0,09 % Prednosti teh valjev so: a) so poceni b) imajo trdo, proti obrabi odporno površino, ki zagotavlja gladko in brezhibno površino pločevine vsaj toliko časa, dokler se ne izrabi čista trda površina valja c) zaradi visoke vsebnosti karbidov in naravne trdote so obstojni proti napuščanju, tako da se celo pri slabem hlajenju valjev ali pri obtičanju valjanca med valji trdota površine ne zmanjša Slabe strani a) valji so zelo občutljivi na razne napetosti. Mehanske ali termične obremenitve lahko povzroče lom valja ali čepa ali luščenje trde površine; b) so le slabo odporni proti temperaturnim spremembam in v precejšnji meri nagnjeni k tvorbi vročih risov; c) trda plast sega povprečno le 15 mm globoko; ko se ta obrabi, je delovna površina vedno mehkejša in poroznejša; d) zaradi navedb pod a do c imajo le zelo omejeno življenjsko dobo; e) zaradi temperaturne občutljivosti je treba valje previdno ogrevati, kar zmanjšuje proizvodnjo, ker se ogrevanje običajno izvaja v ogrodju; f) po obrabi trde zunanje plasti se valjev ne da več popraviti. Opisane prednosti in slabe strani so odvisne od materiala in načina izdelave. Za izdelavo je predvsem važno, da se držimo ozkih analiznih mej skupno z odgovarjajočo hitrostjo ohlajanja v kalupu. Sestavo je treba tako izbrati, da se talina po odlitju v običajni peščeni kalup strdi sivo, torej z izločanjem grafita, in da se s hitrim ohlajanjem izločanje grafita zadrži in povzroči belo strjenje. Znano je, da se lahko lito železo določene sestave (okoli 2,6 do 3,3 % C, 0,6 do 1,2 % Si, 0,3 do 1,2 % Mn, 0,5 % P in 0,1 % S), odvisno od ohlaje-valnih pogojev, v istem odlitku strdi popolnoma belo (trda litina), popolnoma sivo (siva litina) ali delno belo, delno sivo (litina s trdo lupino). Zadnjo možnost izkoriščamo pri izdelavi valjev s trdo lupino tako, da pri vlivanju v območje delovne površine uporabimo hladilne (kalilne) plošče in povzročimo belo strjenje zunanje cone delovne površine do določene globine, medtem ko se jedro in v pesek vliti čepi strdi j o sivo. Vsa umetnost vlivanja je v tem, da vskladimo sestavo z ohlajevalno hitrostjo in presekom valja, da bi dosegli ozko omejene debeline belo strjene zunanje lupine delovne površine valja. Ta je sestavljena iz perlita in cementita, ki sta precej grobo porazdeljena (si. 1), in je, odgovarjajoče visoki vsebnosti železovih karbidov, zelo trda, odporna proti pritisku in obrabi, vendar tudi zelo krhka. Pravzaprav predstavlja delovno površino valjev. Sivo strjeno jedro sestoji Slika 1 Struktura zunanje plasti valja iz trde litine iz perlita in grafita in daje valju določeno žilavost. Prehod od belo strjene zunanje plasti k sivo strjenemu jedru ne sme biti oster. Vmes mora biti bolj ali manj široka prehodna cona, tako imenovana melirana cona, v kateri delež grafita od zunaj navznoter, odgovarjajoče pojemajoči hitrosti ohlajanja, narašča. Skupna hlajena globina sestoji iz čiste hlajene globine, ki je popolnoma bela; se torej strdi brez grafita in prehodne cone (si. 2). Če je čista hlajena globina preplitva, potem je življenjska doba valjev prekratka, ker po obrabi bele zunanje plasti grafitne lamele prehodne cone izpadejo, kar ima za posledico porozno delovno površino valjev in vedno bolj hrapavo površino zvaljane pločevine. Če pa je čista hlajena globina pregloboka, potem močno narastejo lastne notranje napetosti in povzroče lahko že po odlitju ali pa kasneje v valjarni zlome valjev. V praksi se je najbolje obnesla debelina hlajene tkzv. trde plasti —-15 mm. V valjarni firme Fried. v Neuman sta bila za opisano valjarniško ogrodje stalno na razpolago 2 para trdih valjev. En par je bil vgrajen, drugi par pa v rezervi. Valjali so na dve dnini, pri čemer Slika 2 Trda zunanja plast in prehodna cona valja iz trde litine SO mesečno delali poprečno 40—45 dnin po 8 ur. Pri valjanju aluminija z začetnimi temperaturami od 500—620° C so valje hladili in mazali z emulzijo mineralnega olja. Vsak dan na začetku valjanja pa so nekaj blokov izvaljali brez emulzije in z majhnim pritiskom, da bi valje previdno ogreli. Odvisno od upora valjanca proti preoblikovanju se je vzpostavila na površini valja temp. od 45 do 60° C. Prave temperature v valjčni regi se žal ne da izmeriti, računsko pa znaša približno polovico temp. bloka. Na vsake 3 ure so površino valjev v ogrodju obrusili s polirnim klinom, da bi odbrusili delce aluminija z njihove površine. Pri valjanju cinka so obratovali na suho, to je brez mazanja z emulzijo, čepe pa so hladili s čisto vodo. Valje so pred tem previdno ogreli na 150° C. Temperatura valjanja je znašala 160° C. Običajno pa so cink valjali le ob koncu tedna, in sicer 3 do 4, največ pa 6 izmen na mesec. Največje težave pri uporabi trdih valjev pa povzroča znana nagnjenost teh valjev k tvorbi vročih risov. V obremenjeni delovni površini, ki je zelo krhek in slab toplotni prevodnik, se tvorijo fini risi, ki po številu, dolžini in globini stalno naraščajo, tako da je delovna površina obdana z mrežo risov. Kasneje pride na vozliščih teh risov do majhnih okruškov, končno pa večjih okruškov ali odlomov bele strjene zunanje plasti. Mrežasti risi povzročajo na vroče valjani površini mrežaste pozitivne odtise, iz katerih pri hladnem valjanju zaradi prevaljanja nastanejo luskine. Da se tem nezaželenim pojavom izognemo, smo prisiljeni risave valje kmalu obrusiti. Pri firmi Fried. v. Neuman so se ob omenjenih obratovalnih razmerah pojavili vroči risi tako na novih kakor tudi na ponovno obrušenih valjih običajno že 3. ali 4. dan valjanja. Zaradi zelo dolgotrajne menjave valjev (trajala je 24 ur), jih ni bilo mogoče menjati v tako kratkih obdobjih. Prisiljeni so bili valjati naprej in do določene mere tolerirati vedno močnejšo mrežo na površini pločevine. Po 3 do 4 mesecih so risi dosegli globino približno 3 mm. Valje je bilo treba prebrusiti, pri če- mer se je premer zmanjšal za 6 do 8 mm. Ker je trda, belo strjena zunanja plast povprečno debela 15 mm, so bili valji po dvakratnem brušenju, oziroma treh vgraditvah izrabljeni. Obratovalni časi zadnjih dveh parov trdih valjev so zbrani v tabeli 1 in na sliki 7, in sicer za čas od 4. 8. 1958 do 12. 3. 1960. Kot je razvidno, je bila najdaljša doba enkratne vgraditve ca 4 1/2 meseca, najkrajša pa 1 mesec in 22 dni. Skupna življenjska doba prvega para valjev je bila ca. 11 mesecev, drugega pa 9 mesecev Opisane težave z vročo risavostjo in s tem pogojena mnogo prekratka življenjska doba valjev s trdo lupino, so pripravile razmeroma majhno firmo Fried. v. Neuman v začetku leta 1960, da je storila pionirski korak, ko je kot prva firma preizkusila popolnoma nov tip valjev in prevzela nase tudi odgovornost razvoja. Ta podjetniški pogum je treba ceniti še tembolj, ker je bila cena novih, v praktičnem obratovanju ne preizkušenih valjev skoraj dvakrat tolikšna, kot je cena trdih valjev. Novo vrsto valjev je razvila firma Vereinigte Osterreichische Eisen und Stahhverke A. G. po postopku, ki je s patentom zaščiten že v 10 deželah, v 13 deželah pa je patent prijavljen. Gre za kovane, s Cr-Mo in vanadijem legirane jeklene valje, s plamensko kaljeno površino. Proizvodni postopek je tak: jeklo, izdelano v 251 električni peči vlijejo v bloke, ki jih prekujejo z odgovarjajočo stopnjo predelave. Surovce najprej normalizirajo in nato še mehko žarijo, ostružijo in z ultrazvokom pregledajo notranje napake. Sledi pred poboljšanje na trdnost 95 do 110kp/mm2. V ta namen predstru-žene valje počasi in vseskozi ogrejejo na 940° C in nato, odgovarjajoče kemični sestavi, ker je kaljiv na zraku, razmeroma počasi ohlajajo na zraku. Neposredno za tem na zraku kaljene valje v na-puščni peči napustijo pri 620° C, še enkrat pregledajo z ultrazvokom in ostružijo na mero pred brušenjem. Sledi najtežji del izdelave valjev, namreč kaljenje delovne površine in večinoma tudi čepov. Valji se ogrevajo na temp. kaljenja z gorilci Par št. 4 Par št. 3 H.l.i* MU Zlili* <0.1 SI Z0.II.S9 Z.1I.& /UB / 41.).to Par št. 2 ^V/C < vstoro železo •t.s^a s^.rt 15.S.S1 .' 3f.rt.59 Par št. 1 ,_, / , ,. 'v staro zelem tv.ff MU ns-u. zastoj dvoizmensko delo 16ur/dan slika5 enoizmensko delo 8 ur/dan okoli e.eoot doslej okoli ie.ooot okoli fttm uro vgjjania _ približno u-uina um valjanja 1958 1959 1960 1961 1962 7964 1965 1966 Slika 7 Obratovalni časi zadnjih dveh parov trdih valjev v obratovanji I---lil mm pripravljeno za obratovmje <1.1. il nommjt K m * f m T ji" m r « m Tv. wTT T * "»• T <"• J* »J* , ____ t ! mo I -j 953 I i /PfiS I 1Q66 I 1967 I 1968 Tabela 1 par št. tovarniška štev. ■ vgraditev št. vgrajen dne menjan dne c M ■a dnin po 8 ur izva-ljano o E Pi (L) specifična storilnost t/mm c u 3 S 2 o E o j K! C .B '5 •o pri vsaki vgraditvi na en par valjev skupaj t § "A « £ a "a G ° N N ca ^ N D, a - C E iS E o > 1 13439 13440 1. 2. 3. 4. 8.58 5. 1.59 15. 6.59 8. 11.58 18. 4.59 31. 10.59 137 151 203 491 16 0 7 804 okoli 220 2 13438 13441 1. 2. 3. 10.11.58 20. 4.59 2. 11.59 3. 1.59 13. 6.59 12. 3.60 70 69 174 313 6.600 14 0 3 _ B 5784 A B 5785 A 1. 2. 3. 4. 14. 3.60 17. 2.64 2. 6.65 10. 4.67 13. 3.63 29. 12. 64 14. 5.66 14. 9.68 1 1.491 220 249 369 doslej 2.329 doslej okoli 5 5.750 | 30 4 i B 6580 B 6581 1. 2. 3. 4- 18. 3.63 2. 1.65 16. 5.66 16. 9.68 14. 2.64 23. 4.65 8. 4.67 dato 236 82 237 doslej 555 2.884 46.000 3 1 32 na plin — kisik na stružnici zelo hitro, v nekaj minutah, in to ne vseskozi, pač pa le do določene globine. Na enak način se tudi ohlajanje s kalilne temperature izvrši zelo hitro z vodnimi tuši. Tak način ogrevanja kakor tudi način ohlajanja sta v nasprotju z obstoječo teorijo, po kateri je treba na zraku kaljiva jekla ogrevati počasi in skozi ves presek in nato na zraku počasi ohlajati. Ogrevanje valja na temp. kaljenja v že omenjenih izmerah po dosedaj običajnem klasičnem postopku, t. j. v eni kalilni peči, traja več dni. Po patentiranem VOEST postopku traja ogrevanje in kaljenje, torej poboljšanje v celoti, kljub večji kalilni globini in višji trdoti površine valja, vključno z zahtevanim hlajenjem, le okoli 80 minut. Po plamenskem kaljenju se valji napustijo, odvisno od namena uporabe, na trdoto površine od 70 do 75 Shore D (65—80 shore C ali 420—600 Vikersovih stopinj trdote), za kar je potrebna napuščna temperatura 525 do 325° C. Za tretjo ultrazvočno preiskavo sledi še brušenje na končno mero. Proces izdelave je s tem zaključen. Mikrostruktura zunanje plasti kovanih plamen-sko kaljenih jeklenih valjev je v nasprotju s trdimi valji zelo homogena in fina (primerjaj sliko 3 s sliko 1). Potek trdote predstavlja slika 4. Značilna za te valje je velika kalilna globina, od 20 do 30 mm, in pa blagi prehod od kaljene zunanje cone k nekalje-nemu jedru. Na ta način poboljšani valji se lahko v premeru odbrusijo za 40 do 60 mm, ne da bi trdota delovne površine znatno padla. Za primerjavo je vrisan običajni potek trdot trdih valjev, za katerega je značilna nižja trdota površine, znatno manjša globina trde plasti in pa mnogo bolj strm padec trdote. Nova vrsta VOEST valjev za vroče valjane pločevine je bila v opisano ogrodje firme Fried v. Slika 3 Struktura zunanje cone plamensko kaljenega kovanega vročega valja znamke »GSL3« 80 f 75- 70 i- 60 r Q 50 i m fe 40 T -c 30 KeAbIX CAyMaiix. 3tii BaAKH ycTOOTHBbi TaKJKe npoTHB AymHTba h ropHHiix TpeiUHH. HoBbie BaAKH H3 TBepAora qyryHa 3aBOAa VOEST (Abctphh) HMeioT BbicoKyio BbiHOCAHBOcTb; TaKHM 06pa30M nx ynOTpe6Aenne peKOMeHAyercst c 3kohomhmcckoh tohkh 3peHHSi.