Fatigue crack growth and fracture mechanics analysis of a working roll surface layer material

Crecimiento de grietas por fatiga y análisis de la mecánica de fractura del material de la capa superficial de un rodillo de trabajo

En este artículo se presenta el crecimiento de grietas por fatiga y el análisis de la mecánica de fractura del material de la capa superficial de un cilindro de trabajo. La investigación se realiza en un rodillo de trabajo de un laminador de banda en caliente en el que se utiliza acero de alto cromo como material de la cubierta del rodillo. Para obtener los parámetros correspondientes, se utilizaron probetas rectangulares de doblado de borde simple entallado (SENB), de acuerdo con la norma BS 7448. El análisis del crecimiento de grietas por fatiga se realizó en una máquina de ensayos resonante con el uso de medidores de grietas especiales, mientras que para los parámetros de mecánica de fractura se utilizó la máquina de ensayos electromecánica.

INTRODUCCIÓN

El laminado es un proceso de conformado de metales en el que el metal se introduce en la ranura de laminación utilizando un par de rodillos de trabajo. El objetivo principal de un proceso de laminación es conseguir la deformación plástica requerida del metal laminado. Para conseguir esta condición, los cilindros de trabajo deben ser fabricados y tratados térmicamente de tal manera que tengan una vida útil determinada bajo unas condiciones de carga dadas [1, 2]. En función de las dimensiones, el diseño y las propiedades de los materiales, se pueden elegir distintos tipos de cilindros de laminación. Los cilindros de trabajo que operan al principio de un proceso de laminación en un tren de laminación de banda en caliente, en soportes reversibles de desbaste de 4 - alturas, son de doble capa. El soporte de 4 alturas se compone de dos rodillos de trabajo y dos rodillos de apoyo. Para la capa de trabajo, dura y resistente al desgaste, se utiliza un material de acero fundido a base de carburo, acero al alto cromo, fundido mediante una máquina especial de fundición centrífuga, mientras que para el núcleo se utiliza un procedimiento clásico de fundición por gravedad como una combinación de fundición de grafito nodular ferítico y perlítico para garantizar la dureza requerida del núcleo del rodillo.

PARTICULARIDADES DE LA CARGA DE LOS RODILLOS

Debido a las condiciones de funcionamiento en 4 - soportes altos, los rodillos se cargan termomecánicamente. Al estudiar las cargas termomecánicas de los rodillos durante una revolución, se pueden considerar dos tipos de tensión y campo de deformación en el contacto. Las tensiones en la zona entre el rodillo de trabajo y el rodillo de apoyo podrían describir la teoría del contacto hertziano entre dos cuerpos circulares elásticos y en la zona entre el rodillo de trabajo y el metal laminado, que están muy repartidas por el campo de contacto más amplio. Las cargas térmicas en los rodillos de trabajo provocan una rápida transferencia de calor del metal laminado al rodillo de trabajo en el momento en que se establece el contacto entre ellos.