Описание роликов с покрытием из твердого сплава: процесс нанесения покрытия, износостойкость и техническое обслуживание

Что такое ролик с покрытием из твердого сплава и почему он используется

Ролик с покрытием из твердого сплава начинается со стандартного стального или чугунного сердечника, который затем подвергается механической обработке и покрывается металлургически связанным слоем из более твердого и износостойкого сплава. Этот подход сочетает в себе структурную прочность и экономическую эффективность стальной основы с твердостью поверхности, которая намного превосходит ту, которую можно достичь только объемной сталью.

Эти ролики используются в средах, где сталь без покрытия изнашивается в течение недель или месяцев, включая прокатные станы, обрабатывающие горячую или абразивную стальную полосу, каландры для бумаги и печати, оборудование для экструзии и гранулирования, а также конвейерные ролики, работающие с абразивными сыпучими материалами, такими как песок, руда или переработанный лом. На сталелитейных заводах рабочий валок с правильным покрытием может прослужить в 3–5 раз дольше. чем эквивалент без покрытия, прежде чем потребуется перешлифовка или замена.

Общие процессы нанесения покрытий

Процесс нанесения покрытия определяет прочность сцепления, толщину слоя и внутреннюю структуру готовой поверхности. Выбор правильного процесса так же важен, как и выбор правильного сплава.

HVOF (Высокоскоростное кислородное топливо) Термический спрей

HVOF выбрасывает частицы порошкообразного сплава со сверхзвуковой скоростью на поверхность ролика, создавая плотное покрытие с очень низкой пористостью, как правило, пористость менее 1% . Этот процесс предпочтителен для покрытий из карбида вольфрама, где требуется точность, чистая обработка и минимальное тепловложение основного ролика.

Плазменный спрей

Плазменное напыление использует струю ионизированного газа для плавления и осаждения порошка сплава, что позволяет использовать более широкий спектр материалов, включая керамику и покрытия на основе оксидов. Обычно он дает немного более пористое покрытие, чем HVOF, но более гибок для сплавов со сложным химическим составом.

PTA (плазменно-дуговая сварка)

PTA-сварка сплавляет металлургически связанный верхний слой непосредственно на поверхность ролика с помощью электрической дуги, образуя гораздо более толстый слой (часто 2–6 мм по сравнению с 0,1–0,5 мм для термического напыления. ) с превосходной прочностью сцепления и ударопрочностью. Это делает его предпочтительным выбором для роликов тяжелого прокатного и горнодобывающего оборудования, подвергающихся строжке или ударным нагрузкам.

Наложение дуговой сварки под флюсом (SAW)

Наплавка SAW используется для роликов большого диаметра, требующих толстой и объемной наплавки, обычно наносимой за несколько проходов для создания нескольких миллиметров износостойкого сплава по всей поверхности ролика.

Сравнение распространенных материалов покрытия из твердых сплавов

Различные химические составы сплавов лучше всего противодействуют различным механизмам износа. Подбор сплава в соответствии с преобладающим типом износа в вашей области применения имеет решающее значение для достижения ожидаемого срока службы.

Понимание износостойкости

Твердость покрытия и компромисс между прочностью

Более твердые покрытия лучше противостоят абразивным царапинам, но могут быть более хрупкими и склонными к сколам при ударе. Более мягкие и прочные сплавы слегка прогибаются под нагрузкой и устойчивы к растрескиванию, но быстрее изнашиваются при чистом истирании. Выбор покрытия с твердостью примерно на 20-30% выше твердости абразивного материала, с которым оно контактирует. — это общепринятое в отрасли руководство по балансированию срока службы изнашивания и хрупкости.

Прочность связи и пористость

Реальная долговечность покрытия зависит как от того, насколько хорошо оно сцепляется с базовым роликом, так и от внутренней твердости сплава. Покрытия HVOF с прочность сцепления выше 70 МПа и пористость менее 1% значительно превосходят покрытия более низкого качества, напыленные плазмой, в многоцикловых применениях, поскольку пористость создает слабые места, где могут начаться трещины и расслоение.

Рекомендации по толщине покрытия

Тонкие покрытия термического напыления (0,1–0,5 мм) подходят для прецизионных валков, где важны допуски по размерам, например, в печатном оборудовании или оборудовании для обработки пленки. Более толстое наплавленное покрытие (2–6 мм) обеспечивает больший припуск на износ и, как правило, может быть перешлифовано и повторно использовано несколько раз до того, как ролик достигнет конца срока службы, что значительно продлевает общий срок службы после первого цикла износа.

Как правильно выбрать ролик с покрытием из твердого сплава

1. Определите доминирующий механизм износа.

Определите, подвергаются ли ваши ролики преимущественно абразивному износу (частицы, окалина или песок), адгезионному износу (скользящий контакт металла с металлом) или ударной нагрузке (кусковый или неравномерный материал). От этого зависит, подойдет ли твердое, хрупкое покрытие или более прочный и пластичный сплав.

2. Подберите покрытие к рабочей температуре.

Покрытия из карбида вольфрама начинают терять твердость и окисляться выше примерно 500-600°С , что делает их непригодными для горячей прокатки. Карбид хрома и сплавы на основе кобальта сохраняют свои свойства при более высоких температурах, часто до 800-900°C, и являются стандартным выбором для валков горячих станов.

3. Выберите процесс нанесения покрытия в зависимости от требований к точности.

Если валку требуются жесткие допуски по размерам и гладкая поверхность, обычно предпочтительнее использовать процессы термического напыления, такие как HVOF. Если ролику необходимо выдерживать сильные удары и его многократно перетачивать в течение срока службы, методы наплавки, такие как PTA или SAW, предлагают более пригодный к использованию материал и большую устойчивость к ударам.

4. Запросите данные испытаний покрытия у поставщика.

Авторитетные производители роликов должны быть в состоянии предоставить результаты испытаний на прочность сцепления, пористость и твердость своих покрытий. Хорошо нанесенное промышленное покрытие обычно имеет пористость ниже 2% и прочность сцепления выше 55-70 МПа. ; поставщики, неспособные предоставить эти данные, возможно, используют процессы подачи заявок более низкого качества.

Лучшие практики обслуживания

Даже самое лучшее покрытие требует правильного ухода для достижения полного срока службы. В большинстве учреждений визуальный осмотр проводится каждые 1–3 месяца. и полная проверка размеров во время плановых остановов на техническое обслуживание.

• Регулярно проверяйте поверхность покрытия на предмет сколов, отслаивания или микротрещин, которые могут указывать на раннюю стадию расслоения.
• Периодически измеряйте толщину покрытия с помощью магнитного или ультразвукового датчика для отслеживания остаточного припуска на износ.
• Следите за тем, чтобы ролики были чистыми от налипшего материала или окалины, которые могут удерживать влагу и ускорять коррозию кромок покрытия.
• Избегайте внезапного термического удара (быстрого нагрева или охлаждения), который является частой причиной растрескивания покрытия при горячей прокатке.
• Изношенные наплавленные покрытия необходимо повторно зашлифовать до того, как слой износа полностью израсходуется, а не работать до полного разрушения, чтобы защитить опорный ролик от повреждений.

Распространенные ошибки, которых следует избегать

• Выбор твердости покрытия самостоятельно без учета ударной вязкости, что приводит к преждевременному выкрашиванию под ударными нагрузками.
• Использование покрытий из карбида вольфрама в высокотемпературных средах, где они преждевременно окисляются и теряют твердость.
• Пропуск измерения толщины покрытия до появления видимого износа, отсутствие идеального окна перешлифовки.
• Покупка осуществляется исключительно на основе цены, без запроса данных о пористости и прочности сцепления у поставщика покрытия.
• На поверхности роликов накапливаются абразивные отложения, что ускоряет локальный износ и коррозию кромок.

Ролики с покрытием из твердого сплава значительно увеличивают срок службы по сравнению со сталью без покрытия, но только тогда, когда материал покрытия, процесс нанесения и толщина соответствуют фактическому механизму износа и условиям эксплуатации. Правильный выбор сводится к определению того, является ли истирание, температура или удар доминирующим видом разрушения, а затем к выбору твердости покрытия, химического состава сплава и процесса нанесения, подходящего для этой конкретной задачи. В сочетании с регулярным осмотром и своевременной перешлифовкой валок с правильным покрытием может продлить срок службы в несколько раз по сравнению со стандартным стальным валком и значительно снизить общие затраты на техническое обслуживание.