Виготовлення бандажів та опорних роликів методом електрошлакового лиття

Метод електрошлакового лиття (ЕШЛ) є інноваційною, спеціальною технологією лиття сталі та спеціальних сплавів, розробленої в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона. Вона виконується за допомогою об'єднання плавки металу у водоохолоджуваному кристалізаторі під шаром розплавленого шлаку одночасно з формуванням литва. Така технологія гарантує задану чистоту металу з мінімальною кількістю неметалевих включень, газів та дефектів, а також однорідну структуру високої щільності, близьку до кованих заготовок.

Такі складальні компоненти, як бандажі і опорні ролики обертових печей (цементних, випалювальних, сушильних барабанів і т.п.), схильні до зносу, працюють під впливом високих навантажень і температур, а тому вимагають високої міцності та зносостійкості в процесі експлуатації, а також відсутності внутрішніх дефектів. Традиційні методи виготовлення цих деталей, такі як лиття в піщано-глинисті форми і кування, нерідко дають дефекти, в той час як методи ЕШЛ забезпечують властивості, які можна порівняти з методами кування, а саме:

• Високий рівень чистоти металу за рахунок рафінування під шлаком з видаленням сірки, оксидів та неметалічних включень.
• Щільну, без усадкових раковин, структуру матеріалу литва.
• Можливість виготовлення однорідних порожнистих або суцільних виливків великої, до кількох тон, маси. 

Основні етапи технологічного процесу ЕШЛ циліндричних деталей.

1. Заливання у водоохолоджуваний кристалізатор (форму) розплавленого шлаку.
2. Занурення в шлак витратного електрода з необхідного металу.
3. Нагрів шлаку та розплавлення електрода електричним струмом.
4. Рафінування крапель металу електрода під час його проходження через шлак.
5. Спрямована кристалізація металу від стінок форми-кристалізатора до центру з утворенням готового литва.
6. Для виготовлення циліндричних деталей, таких як бандажі та опорні ролики, найчастіше використовується відцентрове електрошлакове лиття, що покращує щільність і мінімізує усадку матеріалу литва.

Основні переваги ЕШЛ у порівнянні з традиційним литтям, куванням або штампуванням:

1. Висока чистота та однорідність металу за рахунок рафінування розплаву під шаром шлаку з видаленням сірки, неметалевих включень та газів. В результаті забезпечується щільна, без усадкових раковин, пір, ліквації та макросегрегації, структура, що має критично важливу роль для виготовлення бандажів та роликів, оскільки гарантується рівномірне зношування та довговічність готових виробів під впливом високих навантажень.
2. Спрямована кристалізація та відсутність внутрішніх дефектів забезпечується послідовним, регульованим затвердінням матеріалу виливків від стінок водоохолоджуваного кристалізатора до центру, що значно мінімізує ймовірність утворення дефектів структури. Крім цього, у відцентровому варіанті метал додатково ущільниться за рахунок відцентрових сил, що направляють кристалізацію від периферії до центру, практично усуваючи утворення усадкових пор. Структура готового литва виходить більш щільна та дрібнозерниста, близька за своїми показниками до кованої.
3. Механічні характеристики, такі як міцність, ударна в'язкість, зносостійкість, перевершують, як правило, характеристики звичайних литих заготовок і наближаються до кованих. Це дозволяє використовувати ЕШЛ для виготовлення особливо відповідальних деталей, де традиційне лиття не забезпечує дотримання необхідних параметрів через крихкість або неоднорідність.
4. Економне легування та створення надійних біметалічних структур. Технологія ЕШЛ дозволяє за допомогою додавання хрому отримувати виливки більш міцного білого чавуну. Шляхом наплавлення зносостійкого шару на сталеву основу бандажів прокатних валків або опорних роликів виконується надійне сплавлення з металом заготовки по всій поверхні.
5. Точна відповідність форми з готовим виробом значно знижує припуски на фінішну механічну обробку, підвищуючи, тим самим, коефіцієнт використання металу та зменшуючи його відходи.
6. Спрощення технології та економія ресурсів шляхом поєднання плавки та лиття в одному процесі, оскільки при цьому відпадає необхідність використання окремих плавильних печей, складних литникових систем, прибілив або формувальних сумішей. Це особливо вигідно при виготовленні великогабаритних бандажів та опорних роликів.
7. Підвищена експлуатаційна надійність та збільшення ресурсу роботи завдяки підвищенню зносостійкості, втомної міцності через мінімізацію дефектів лиття, однорідність структури та покращені механічні властивості, що знижує витрати на ремонт та простої обладнання.

Розробка та впровадження інноваційних технологічних процесів металообробки, таких як електрошлакове лиття заготовок циліндричної форми з чавунів та високолегованих сталей, є одним з основних напрямків виробничої діяльності Дослідного заводу спецелектрометалургії. Підприємство виконує замовлення по розробці, виготовленню та впровадженню таких елементів обладнання для процесу ЕШЛ, як кристалізатори та форми для виробництва великогабаритного литва циліндричної форми, а також виготовляє високоякісні виливки з легованих сталей за технічним завданням замовника.