Kobaltove zlitine v lesni industriji Cobalt Base Alloys in Woodcutting Industrv
J. Rodič*1 1. UVOD
Več kot dve desetletji je v praksi dobro poznan ugoden učinek navarjanja rezilnega dela zob s kobaltovimi zlitinami-steliti* za izboljšanje rezilne sposobnosti in povečanje vzdržljivosti različnih vrst žag v lesni industriji (slikal)
=<] a
Slika 1
Stelitiranje
Obloga konice zoba s posebno kobaltovo zlitino, odporno proti obrabi, omogoča bistveno podaljšanje vzdržljivosti in rezne
sposobnosti žag. Stelitiranje je posebno priporočljivo pri žaganju svežega lesa z mnogoštevilnimi kremenčevimi vključki.
Fig. 1
Stellite Tipping
Tooth tipping vvith speciai cobalt base alloy resistant against abrasion enables significant proiongation of iifetime and cutting ability of savvs.
Stellite tipping is especiaity recommended for savving fresh. nontreated wood vvith many inclusions of silicon oxides.
Postopek prostega ročnega navarjanja zob na žagah se kljub poznanemu in dokazanemu zelo ugodnemu učinku dolga leta ni širše uveljavil. To ugotovitev lahko v veliki meri povezujemo s potrebo zahtevnega, zamudnega in zelo strokovnega dela, s slabim materialnim izkoristkom drage zlitine in z zahtevnostjo brušenja zob.
V strokovnih krogih se je za postopek nanašanja ko-baltovih zlitin na zobe žag udomačilo ime "stelitiranje". Ta postopek je bil dolgo skoraj izključno prepuščen uporabnikom za vzdrževanje in obnavljanje žag v vsakodnevni praksi.
Specializirani proizvajalci žag so se za nekatere vrste žag usmerili na obloge z lotanjem trdokovinskih ploščic na zobe. Z razvojem specializiranih polavtomatskih in
* Stellite je prva blagovna znamka Cabot Corporation - Stoody Deloro za kobaltove zlitine, odporne proti obrabi in povišanim temperaturam. To ime je danes za veliko skupino kobaltovih zlitin splošno uporabljeno in udomačeno v praksi.
Prof. dr Jože Rodič, dipl. inž. metalurgije, direktor podjetja MIL-PP d o.o . Ljubljana za razvoj in proizvodnjo specialnih zlitin
1. INTRODUCTION
Beneficial effects of savv teeth tipping vvith cobalt base alloys - stellites' for improving cutting abiiity and iifetime of savvs in vvoodcutting industry are ivel/ knovvn more than two decades (Fig. 1).
Although these beneficial effects vvere knovvn for many years the stellite tipping vvas not extensiveiy used due to the disadvantages of manual vvelding procedure vvhich is tirne consuming and requires a lot of experi-ence in vvelding and sharpening. Furthermore, this prac-tice is associated vvith lovv yield of expensive material. The stellite tipping vvas therefore applied only by users for maintenance and resharpening of savvs. Speciaiized producers on the other hand introduced hard metal tipping by soldering process. The nevv progress of stellite tipping arrised vvith the development of automatic machines for vvelding and sharpening vvhich vvere recently introduced by three companies ALLIGATOR (France), ISELI (Svvitzerland) and VOL L MER (Germany).
Due to the increased productivity achieved by automatic stellite tipping a nevv netvvork of servicing centers for maintainance of aH types of band, gang and circular savvs is grovving. This professionai maintainance tech-noiogy assures better quality and life tirne of savvs vvhich has direct impact on productivity and economy of savv mili produetion vvhiie at the same tirne the quaiity of cut surfaces is improved.
The stellite tipped savvs enable an uninterrupted eight-hour savving vvith cut length 80-100 km and produetion over 20 m3 per shift so that interruptions and changes of savvs during one shift are an exception.
This promising progress has encouraged a syste-matic appiied research. With the grovving exploitation of stellites in vvood cutting technology a need for development of speciai assortment of aHoys devoted to this application is emerging. The need for intensive research in this area is also supported vvith results of comparative studies vvhich are presented in Section 7. These studies shovv that cobalt base alloys have a high priority for this application so that optimisation is expected vvithin these grade s.
Three grades of stellites (12, 1, 6) are the most fre-quently used in vvoodcutting and the most important is grade 12 (See Tab. 1).
The grade 1 vvas commonly appiied for hard vvood for many years, but recentiy the use of this grade has con-siderably decreased due to experience.
The grade 6 has appeared in general vvoodcutting techno/ogy very recentiy. Some savv mills appiied this
Stellite is a registered trade mark of Cabot Corporation -Stoody Deloro for cobalt base ailoys vvhich are abrasion resistant at room and elevated temperatures. This designation is commonly used for a vide variety of cobalt base alloys.
polno avtomatiziranih strojev za stelitiranje žag, ki so jih razvile v zadnjem obdobju tri firme ALLIGATOR - Francija, ISELI - Švica in VOLLMER - Nemčija, se je začela situacija na področju stelitiranja žag bistveno spreminjati.
Logična posledica visoke produktivnosti, dosežene z razvojem avtomatskega strojnega stelitiranja, je nastajanje vse širše mreže specializiranih servisnih centrov za stelitiranje in ostrenje vseh vrst žag, tračnih, gaterskih in krožnih.
Vzdrževanje in obnova žag v takih servisnih centrih dosega vrhunsko in zanesljivo kakovost, kar se neposredno odraža v izrednem povečanju produktivnosti žaganja, v ekonomiki proizvodnje z zniževanjem stroškov, ob istočasnem napredku kakovosti rezanih površin in močnem podaljšanju življenske dobe kvalitetnih žag.
Neprekinjeno osemurno žaganje hlodovine z dolžino poti rezanja 80—100 km in s storilnostjo razreza nad 20 m3 na izmeno, je danes za žago kar normalni normativ in zastoji zaradi nepričakovanih menjav žag so ob rednem vzdrževanju in kvalitetni obnovi žag že kar izjemen pojav.
Razumljivo je, da je ta napredek vzpodbudil tudi intenzivnejše in bolj sistematične razvojne raziskave.
Dosedanja uporaba standardnih vrst stelitov že napoveduje razvoj optimirane sestave teh zlitin za potrebe stelitiranja žag v lesni industriji in to v nekaj namenskih variantah glede na vrsto rezanega lesa in tehniko žaganja s specifičnimi parametri v proizvodnji. Tudi primerjalne raziskave stelitiranih žag in tistih z zobmi iz trdih kovin, ki jih bomo na kratko povzeli v poglavju 7, so privedle do presenetljivih spoznanj, ki močno uveljavljajo pomen stelitov v nadaljnjem razvoju.
Kobaitove zlitine so se v primerjalnih raziskavah11 izkazale za najboljše, zato optimiranje asortimenta dodajnih materialov za stelitiranje žag pričakujemo med njimi.
Dosedanji tipični asortiment stelitnih zlitin za lesno industrijo lahko omejimo na tri standardne vrste, med katerimi daleč prevladuje poznana zlitina št. 12. (Glej tabela 1)
Za nekatere trde vrste lesa je bila močno uveljavljena in je še veliko uporabljana zlitina št. 1, vendar se prav v zadnjem obdobju na podlagi izkušenj v praksi vloga in pomen stelita 1 v uporabi na tem področju očitno zelo zmanjšuje.
Ob preusmerjanju razvoja, ki izhaja iz bogatih izkušenj zadnjega obdobja izgleda očitno, da so lesarski strokovnjaki v splošnem preveč pomena pripisovali samo trdoti stelitiranih zob51. Nekateri "Žagarji", ki jim notranji raziskovalni nagon preprosto ni dopuščal, da bi se povsem prepuščali tradicionalnim pravilom pri izboru stelitov, so uspešno z zelo vzpodbudnimi rezultati zamenjali standardni stelit 12 s stelitom 6 in še naprej raziskujejo nove ideje z industrijskim preizkušanjem vzdržljivosti različno stelitiranih žag.
Zelo zanimivi rezultati teh industrijskih raziskav v kombinaciji z metalurškim razmišljanjem o sestavah, lastnostih uporabljenih zlitin in z metalografskimi študijami že nakazujejo nove smeri razvoja z modifikacijami k optimalni sestavi kobaltovih zlitin za stelitiranje žag v dveh ali treh variantah glede na značilnosti vrste rezanega lesa.
S pilotnimi napravami horizontalnega kontinuirnega litja7891 in z razvojem novih spremljajočih tehnoloških postopkov10' že poteka projekt specializacije v proizvodnji kobaltovih zlitin za specifične potrebe v lesni industriji. Razvojne raziskave potekajo v tesni povezavi s proizvajalci strojev za stelitiranje žag, s proizvajalci žag in s servisnimi centri za stelitiranje in ostrenje žag. V tem razvoju želimo zajeti in upoštevati čimveč praktičnih iz-
grade vvhich vvas not commoniy used pureiy for research interest. The encouraging results confirmed opinion of some researchers5 that the hardness itseif should not be considered as the oniy decisive property of ste/lites for cutting abiiity. The research aiong these iines vvhich is out of traditionai practice is in progress. Hovvever. those savv miils vvhich tried grade 6 instead of grade 12 prefer the former one for standard use.
These observations in vvoodcutting practice in combination vvith metallurgical knovvledge of chemical composition and material properties vvith respect to metai-iographic studies of microstructures should provide opt-imal assortment of stellites for cutting of various woods.
The applied research project in the area described above is being undertaken in pilot plant for horizontal continuous casting (HCC)789 and subsequent ther-momechanical treatment10. This research is performed in cooperation vvith producers of stellite tipping machines. producers of saws and vvith service centers for stellite tipping and sharpening. It is expected that this joint research programme vvhich considers expertises gained in industry reiated to vvoodcutting vvill result in metallurgical development of products for stellite tipping.
A
Slika 2
Trakovi žag, zvarjeni in napeti. A - surovo ozobljeni trak, B - Razperjanje in brušenje zob. C - Nakrčenje vrhov zob in brušenje, D - Stelitiranje in brušenje zob.
Fig. 2
Savv bands, weided and tensioned A - Saw band vvith raw teeth. B - Setting and grinding of teeth. C - Swagging of tooth tips and grinding. D - Stellite tipping and grinding of teeth.
kušenj, zbranih v zadnjih letih in le-te usmeriti v metalurški razvoj zlitine za specifične namene in potrebe.
Poleg razvoja asortimenta za optimalni izbor vrste uporabljenih zlitin je pomemben tudi razvoj samih postopkov stelitiranja in posebnih oblik preseka HKL-palic, dodajnih materialov za stelitiranje zob. Ti proizvodi so poznani pod imenom FORM-STELITI in so se doslej izdelovali samo po tehnologiji metalurgije prahov (PM). Danes se kot pomembna dopolnitev asortimenta že uveljavlja tudi uporaba HCC-FORM-STELITOV.
2. VRSTE ŽAG, OBLIKE IN GEOMETRIJA ZOB
Pri stelitiranju enakovredno obravnavamo vse tri osnovne vrste žag, tračne, gaterske in krožne.
Na sliki 2 je shematično prikazano surovo ozobljenje trakov, razperjanje ali nakrčevanje zob pri klasičnih in stelitiranje zob pri modernih tračnih žagah.
Slika 3 prikazuje geometrijo stelitiranega zoba z vsemi koti, ki so pomembni za ostrenje z ravnim in poševnim brušenjem.
Slika 3
Geometrija zoba žage X - Cepilni kot, V - Prosti kot.
Fig. 3
Geometry of savv tooth X - Rake angie. V - Ciearance angie.
3. RAZVOJ STELITIRANJA ŽAG
Pri tem moramo omeniti dva bistevno različna pristopa k stelitiranju žag. Od tega je odvisna seveda tudi konstrukcija in način delovanja strojev za stelitiranje.
Postopek I.: Navarjanje zob s TIG postopkom ali s plazmo
Pri postopku stelitiranja z dodajanjem kobaltove zlitine na zob z navarjanjem preko tekoče faze uporabljamo okrogle HCC palice tankih presekov. Daleč največ se uporablja palice standardne dimenzije 003,2 mm. Po-dajalni mehanizem stroja podaja palico za taljenje nad kokilo.
Pri tem postopku avtomat stroja obda zob žage z bakreno kokilo (slika 4), ki ima določeno obliko zoba in stelit se po TIG postopku ali s plazmo natali v kokilo na vrh zoba. Po strditvi je vrh zoba s stelitom ustrezno oblikovan in stelit trdno zvarjen z osnovo zoba.
Uvedba plazma gorilcev pri teh strojih omogoča povečanje storilnosti stelitiranja in tudi uporabo nekoliko
Besides the development of optimal assortment of appiied a/loys the development of vveiding procedures in ste/lite tipping and appiication of special shapes ofcross section for adding the material in vvelding is a/so important. These so ca/led FORMSTELLITES are mainiy produced by povvder technology but recently HCC is con-sidered as an alternative technology.
2.	SAVV TYPES, FORMS AND TOOTH GEOMETR V
Stellite tipping is equally treated vvith aH three general types of savvs: band savvs. gang savvs and circular savvs.
Figure 2 represents schematically a saw band vvith raw teeth. setting and svvagging of teeth vvith conven-tional savvs and stellite tipping of teeth. The geometry of stellite tipped tooth vvith aH important angels for sharp-ening vvith straight and bevei grinding is shovvn in Fig. 3
3.	DEVELOPMENT OF STELLITE TIPPING
Tvvo essentially different procedures have been introduced in the approach to stellite tipping of saw teeth. The construction and operational characteristics of stellite tipping machines are adjusted to special require-ments of the process.
Procedure /.; Stellite tipping vvith TIG or plasma vvelding
For stellite tipping vvith vvelding through liquid phase HCC rods of small sections are usually used vvhere 0O3.2 mm is the most commonly appiied dimension. The stellite tipping machine automatically supplies the rod to the appropriate position above the mould for melting.
Slika 41>
Skica naprave, ki kot kalup daje zahtevano obliko konice zoba pri stelitiranju.
Fig. 41>
Schematic dravving of a j/g vvhich performs the mouiding action to g/ve the tip the desired geometry.
In this procedure the b/ocks of cooper are moved to embrace the saw tooth in order to form a mould for the desired geometry. The mould is then filled up by either TIG or plasma melting. After the solidification a preform of the tooth vvhich is vvelded to the base is obtained (Fig. 4).
The introduction of plasma vvelding enabied the improvement of productivity and the application of stellite rods of larger section vvhich are considerably cheaper so that plasma vvelding is reducing the overall production cost of stellite tipping.
Figure 5 illustrates stellite tipping and sharpening of saw teeth.
Procedure II.: Resistance vvelding in stellite tipping
In resistance vvelding approach the adding material in the form of stellite tip is heated up in automatic ma-chine to melt both materials at the interface betvveen tip and saw base. The machine is then pressing the tip to the exact position on the tooth. For tips used in this approach precision čast stellite pieces or pieces of pressed povvder stellites vvere introduced by analogy vvith hard metal tipping.
debelejših palic, kar se pomembno pozna pri ceni dodaj-nih materialov oziroma pri stroških stelitiranja v celoti.
Slika 5 prikazuje stelitiran zob in brušenje31.
Slika 6
Električno uporovno navarjanje stelitnih delcev na vrh zoba A - Vertikalno podajanje okroglih stelitnih palic, B - Vertikalno podajanje stelitnih palic trapeznega preseka, C - Horizontalno podajanje okroglih stelitnih palic. D - Horizontalno podajanje stelitnih palic paralelo gramskega preseka.
Fig. 6
Electric resistance vvelding of stellite tips A - Verticai adding of round stellite rods. B - Verticai adding of form-steliite rods vvith trapeze section. C - Horizontal adding of round stellite rods. D - Horizontal adding of form-steliite rods vvith paralielogram section.
Slika 53'
Stelitiranje in brušenje zob A - Oblika stelitiranega zoba, B - Brušenje cepilnega kota, C - Stranske ploskve se brusijo samo na novo stelitiranem zobu,
D - Večkratno prebrušenje cepilnega in prostega kota.
Fig. 53>
Stellite tipping and sharpening of teeth A - Form of stellite tipped tooth. B - Grinding of rake angle. C - Side ciearance surfaces are ground only after steliite tip-ping.
D - Repeated sharpening of rake and ciearance angle.
Postopek II.: Uporovno navarjanje stelitnih delcev na zobe
Po drugem osnovnem postopku stelitiranja žag z več variantami se dodajni material-stelit določene oblike v avtomatu uporovno segreje, na stičišču z osnovnim materialom žage natali in vtisne točno v ustrezen položaj na zobu žage. Za ta postopek privarjanja so že ponudili tržišču tudi precizne ulitke stelitov, ali pa oblikovance iz stelitnega prahu, vsestransko oblikovane. S tem naj bi posnemali izkušnje iz uporabe trdokovinskih ploščic, ki se lotajo na zobe žag.
Uporaba teh predoblikovanih koščkov se po začetnih korakih razvoja v stelitiranju žag ni veljavila po pričakovanjih in danes že prevladuje mnenje, da ta prvotno zelo obetajoča pot v nadaljnjem razvoju stelitiranja žag nima perspektive.
Več uporabljajo palice z različnimi oblikami preseka, ki jih avtomat reže ravno ali poševno med postopkom stelitiranja pri podajanju palice. Avtomat lahko delček prej odreže, pa ga nato privari ali pa konec palice privari in jo nato avtomatsko odreže.
Razvoj dodajnih stelitov v obliki palic različnih dimenzij s posebnimi oblikami preseka je odvisen od sistema dodajanja palic za stelitiranje zob pri avtomatskem ali ročnem podajanju na stroju.
Najprej se je razvil postopek z uporabo palic okroglega preseka, ki jih avtomatsko ali ročno krmiljeni stroj za stelitiranje podaja z vrha ali od strani pred cepilno ploskev zoba kot kaže slika 6.
*	1. varianta: Vertikalno podajanje palic
Pri tem načinu stelitiranja žag s podajanjem palic okroglega preseka od vrha pred zob žage je povsem razumljivo v fazi brušenja prišlo do ideje za uporabo palic kvadratnih ali pravokotnih in končno trapeznih presekov, tako da ima zob že takoj po stelitiranju nastavljeno ravno cepilno ploskev in predoblikovani stranski ploskvi s prostim kotom. Palico se odreže poševno pod kotom, ki ustreza prostemu kotu zoba. Na ta način se doseže velik prihranek brušenja zob.
*	2. varianta: Horizontalno podajanje palic
Za drugo varianto postopka stelitiranja z uporovnim navarjanjem se uporablja dodajanje palic stelitov od strani. Namesto okroglih palic večjega preseka (slika 73') imajo precejšnjo prednost palice s presekom paralelograma (slika 83)).
Nekaj nevšečnosti pri postopku uporovnega navarja-nja form stelitov povzročajo ostanki iztisnjenega materiala. Odstranjevanje teh brad je lahko neprijetna ovira normalnega postopka.
Po stelitiranju se morajo konice zob popuščati, kar se z modernimi stroji opravi v toku samega postopka stelitiranja. Izkušnje kažejo, da med vsemi form-steliti po količini daleč prevladuje uporaba tistih s trapeznim presekom.
Uporaba form-stelitov je kljub višji ceni upravičena, ker omogoča
Slika 73>
Uporovno navarjanje zob z okroglim stelitom A - po stelitiranju, B - po končnem brušenju.
Fig. 7a>
Stell/te tipping with electric resistance vvelding of round stellite rod
A - after stellite tipping, B - after final sharpening.
B
Slika 83'
Uporovno navarjen zob s form-stelitom paralelogramskega preseka
A - po stelitiranju; B - po končnem brušenju. Fig. 8?>
Stellite tipping vvith electric resistance vvelding of form-stellite rod vvith para/lelogram section A - after stellite tipping, B - after final sharpening.
The application of these preformed tips vvas expect-ed to be successful but very recently more economic procedures are proposed in vvhich rods of various dimensions and cross-sections are automatically supplied and cut at appropriate angles during the process. There are tvvo alternatives: The piece of rod for tooth tip is cut off first and then vvelded or the end of rod is vvelded first and then cut off.
The development of stellite rods in various sections and forms depends on adding system of the stellite tipping machine.
At the beggining round section rods vvere supplied either from the top or side to the face of the tooth as shovvn in Fig. 6.
*	Alternative 1: Verticai suppiy of rods
In this alternative of stellite tipping the round section rod is supplied from the top and cut at clearance angle. To reduce the vvaste of material and grinding costs square and rectanguiar sections vvere introduced but fi-nally trapeze form sections vvere accepted as standard. After stellite tipping vvith trapeze-form rods ali main angles of the tooth are close to the final sharpening geometry. Side clearance surfaces are ground only after stellite tipping vvhile repeated sharpening is performed only for rake and clearance angles.
*	Alternative 2: Horizontal suppiy of rods
In this alternative of stellite tipping vvith resistance vvelding rods of larger sections are supplied from the side and cut at side clearance angle. Initially round rods (Fig. 7) vvere used but later parallelogram sections vvere introduced to reduce the vvaste of material and grinding costs (Fig. 8).
The difficulties can arrise in resistance vvelding vvhere the material vvhich is pressed to the side needs to be removed.
After stellite tipping the teeth must be tempered. Modem machines include this in automatic procedure.
Production practice shovvs that number of various forms is reducing tovvards a limited number of standard forms and that trapeze section forms are preferred.
Although the stellite forms are expensive their application is justified by subsequent costs such as reduced consumption of stellites, up to 60 % shorter sharpening times and iovver consumption of abrasive tools.
4. PRODUCTION TECHNOLOGY FOR ADDITIVE MA TE-
RIALS IN STELLITE TIPPING
Stellite rods can be produced by tvvo different technologie s:
—	Horizontal Continuous Casting (HCC), (Fig. 9);
—	Povvder Metallurgy (PM).
Almost a/l round section rods are produced by HCC vvhile form stellites on the other hand vvere until now produced only by PM.
The first samples of form stellites produced in pilot plant MILPP represent a new technology and are novv tested by users. The initial resuits shovv that this tech-nology vvill be introduced in practice as complementary rather then competitive to the existing PM technology. The PM form stellites can not be replaced by HCC for special applications and chemical compositions but for common stellite tipping at iovver priče level and larger quantities an additional market can be opened for the HCC form stellites.
—	manjšo porabo stelitov
—	do 60 % krajši čas brušenja, ker sta prosti in cepilni kot zoba že podana in
—	manjšo porabo brusnih plošč.
4.	TEHNOLOGIJA IZDELAVE DODAJNIH MATERIALOV ZA STELITIRANJE ZOB
Za proizvodnjo stelitnih palic sta v uporabi dve osnovni tehnologiji:
—	horizontalno kontinuirno litje (HCC),
—	metalurgija prahov (PM).
Skoraj vse okrogle palice za stelitiranje so izdelane po HCC tehnologiji (slika 9).
Za proizvodnjo form-stelitov v glavnem prevladuje metalurgija prahov.
Prvi vzorci HKL-formstelitov iz pilotne proizvodnje MIL-PP predstavljajo novost in so že na preizkušanju v uporabi. Po prvih izkušnjah pričakujemo, da se bo uporaba HKL-formstelitov v praksi uveljavila bolj kot pomembna dopolnitev in ne toliko kot konkurenčna akter-nativa dosedanjega asortimetna formstelitov, izdelanih po tehnologiji metalurgije prahov. Cenejši HKL-formsteli-ti bodo omogočili širšo uporabo te tehnologije stelitira-nja, PM-formsteliti pa bodo še naprej nepogrešljivi za specialna področja uporabe.
5.	ASORTIMENT ZLITIN ZA STELITIRANJE ŽAG
Ker gre pri stelitiranju za tipično interdisciplinarno področje med metalurgijo, lesarstvom, strojništvom in kemijo (korozijo) je prav, če na kratko predstavimo sicer poznane vrste in specifične lastnosti kobaltovih zlitin pod skupnim imenom "steliti". Tudi nekaj primerov mi-krostruktur stelitov iz HKL in PM tehnologije zanimivo prikazuje značilnosti teh posebnih zlitin in obeh postopkov.
Skupina stelitov obsega zlitine s precej širokim območjem variacij kemijske sestave. Skupna značilnost vseh stelitov je osnovna sestavina, kobalt. Dodatki drugih kovin v različnih kombinacijah vplivajo na značilne mehanske lastnosti, in s tem tudi neposredno na obstojnost proti obrabi ter na odpornost proti koroziji, ki je pri rezanju svežega lesa izredno pomembna.
Žilavost stelitov, čeprav slaba, je mnogo boljša od izredno krhkih WC-trdin.
Lastnosti stelitov so dobro obstojne tudi pri povišanih temperaturah.
Steliti se odlikujejo z nizkimi koeficienti trenja.
Slika 9
Shema postopka horizontalnega kontinuirnega litja (HKL) tankih palic.
Fig. 9
Scheme of the proces for horizontal continuous casting (HCC) of thin rods.
5.	ASSOR TMENT O F ALLOYS FOR STELLITE TIPPING
Since development of stellite tipping requires inter-disciplinary cooperation betvveen metallurgists. mechan-ical and chemical (corrosion) engineers and vvoodcut-ting experts it is appropriate to recall vvell knovvn properties. chemical compositions (Tab. 1) and hardness of typical grades for this appiication. Some typical micros-tructures of steilites produced by HCC and PM technol-ogies are also presented for comparison.
Ali steilites are cobait based. They form a group ofal-ioys vvith a vvide variety of chemical compositions vvhich determine their mechanical properties. cutting ability. abrasive resistance and corrosion vvhich is recently con-sidered as decisive especialiy for cutting fresh vvood.
Although the toughness of steilites is iow it is aiways much higher then toughness of tungsten carbide grades of hard metals.
Many properties of steilites remain a/most un-changed even at elevated temperatures.
The friction caused by steilites is much tovver then friction produced by tungsten carbide grades of hard metals.
6.	METALLO GRA P H Y OF HCC- AND PM- STELLITES11
At MIL-PP a modification of standard grade 12 vvas introduced vvith designation MILIT 12 W. A metailogra-
Tabela 1: Kemijska sestava in trdota preizkušanih zlitin Table 1: Chemical composition and hardness of te ste d alloys
Co %
Ni %
Cr % W % Si %
B %
Fe %
C%
HRC
I. Štiri zlitine primerjane v raziskovalnem projektu FORINTEK CANADA CORP.11
I.	Four ailoys compared in research project by FORINTEK CANADA CORP.1'
STELLITE 12	59
STELLITE 20	45
DELORO 50	- 77
DELORO 60	- 70
II.	Druge zlitine, uporabljane za rezanje lesa II. Other alloys. applied in vvood cutting
STELLITE 1 STELLITE 6 (STELLITE F)
54 65 39
29 33 10 15
30 28 25
9 18
12 4 12
4
4.5
1.5 3
4
4.5
1.8 2.5 0.4 0.5
2.5 1.1 1.7
47-51 55-59 49-52 59-62
51-58
39-43
40-45
6. METALOGRAFIJA HKL- IN PM-STELITOV11'
MIL-PP je za stelitiranje žag razvil specialno HKL varianto stelita pod imenom MILIT 12 W s posebno kemijsko sestavo. Za ilustracijo prikazujemo nekaj metalo-grafskih .posnetkov HKL-palice 003,2 mm v surovem litem stanju.
Sliki 10 A in B prikazujeta značilno površino HKL palice, posnete z rasterskim elektronskim mikroskopom (REM). Vidi se sled koraka, katere globina znaša poprečno 0,1 mm.
Slika 10
Površina HKL-palice 003,2 mm - Kobaltove zlitine MILIT 12 W (A - REM 20x, B - REM 100x).
Fig. 10
Surface of HCC-rod 0O3.2 mm - Co base alloy grade MILIT 12W (A - SEM 20x, B - SEM 100x).
Slika 11
Značilna strjevalna mikrostruktura HKL palice 003,2 mm -MILIT 12 W - v litem stanju (A-prečno 200x; B-vzdolžno na sredini preseka 200x).
Fig. 11
Characteristic soiidification microstructure of HCC-rod
0O3.2 mm - MILIT 12 W - as čast (A - transverse 200x. B - iongitudinai in the middle of section 200x).
Naslednji dve sliki 11 A in B kažeta mikrostrukturo istega vzorca na prečnem in vzdolžnem preseku. Značilna strjevalna mikrostruktura dendritnega tipa s primarnimi in sekundarnimi vejami je izredno fina, kar je posebna prednost HKL-tehnologije.
Nov specialni postopek termomehanske konsolidacije HCC palic101, ki ga razvija MIL-PP v okviru posebnega projekta specializacije proizvodnega programa kobalto-vih zlitin za stelitiranje žag v lesni industriji, obeta še dodatne kakovostne prednosti.
Za razliko od tipične mikrostrukture HKL vzorcev vidimo na naslednjih slikah 12 A, B in C mikrostrukturo PM-vzorca paralelogramskega preseka, ki je bil izdelan po tehnologiji metalurgije prahov. Očitna je značilna porazdelitev karbidov v matrixu.
Slika 13 prikazuje značilnosti porazdelitve elementov med osnovo in karbidi PM form-stelita.
Slika 12
Značilna mikrostruktura paralelogramskega formstelita izdelanega po tehnologiji metalurgije prahov (A - pov. 200x, B - pov. 500x, C - REM 2000x, D - REM 5000x, E - pov. 200x ob ostrem kotu paralelograma).
Fig. 12
Characteristic microstructure of parailelogram formstellite pro-
duced with povvder metailurgy (A - magn. 200x, B - magn. 500x. C - SEM 2000x. D - SEM 5000x. E - magn. 200x at the sharp angle of parailelogram).
phic iilustration of HCC ste/lite 0O3.2 mm in as čast condition made by scanning eiectron and optical micro-scope is presented in figures 10 and 11, respectively.
The depth of ivitness mark on the surface of HCC rods is usually 0.1 mm. The solidified microstructure of dendritic type vvith primary and secondary branches is very fine vvhich is characteristic for HCC technoiogy.
A new thermomechanical consolidation of HCC rods is being deveioped by MIL-PP and is expected to enable improved quaiity of stellites for tipping of savvs.
A typical microstructure of PM form ste/lite vvith parailelogram cross-section is presented in Fig. 12 vvith optical and SEM photographs vvhere characteristic distribution of carbides in the matrix is evident.
in Fig. 13 presence of chemical elements in the ma-trix and car- bides of PM form stellite is presented.
7. COMPARA T/VE RESEARCH1 2
The research and development center FORINTEK CANADA CORP. published results of a comprehensive research vvhich had a decisive infiuence on further development of ste Hite tipping for vvoodcutting.
ES I ETo Co
Cr i Fe Ni
Si i W Mn
Slika 13
Elektronska slika in prisotnost elementov v osnovi in karbidih PM form-stelita.
Fig. 13
Eiectron picture and distribution of eiements in the matrix and carbides of PM form-stellite.
7. PRIMERJALNE RAZISKAVE12'
V	laboratorijih raziskovalno-razvojnega centra FO-RINTEK CANADA CORP. so opravili obsežne raziskave", ki so odločilno vplivale na nadaljnji razvoj stelitiranja žag v lesni industriji.
V	prvi seriji poskusov so primerjali štiri zlitine odporne proti obrabi pri žaganju svežega lesa. (Tabela 1)
Na sliki 14 je prikazan način merjenja otopitve rezalnega roba s fotomikroskopijo".
Glede na otopitev rezalnega roba je dal najboljše rezultate nanos zlitine stellite 12 (slika 1511).
Otopitev zob po 35 km reza, kar ustreza približno 4 uram žaganja, je bila pri jeklenih zobeh kar dvanajstkrat večja kot pri stelitiranih z zlitino stellite 12. Še pomembnejša je ugotovitev, da so jekleni zobje dosegli že po
1 km reza ali 6 minutah tako stopnjo otopitve kot steliti-rani zobje po 35 km reza ali 4 urah žaganja.
Krivulja obrabe pri jeklu za žage kaže, da so standardni zobje žage že po eni uri rezanja močno obrabljeni. Zaradi zmanjševanja zastojev je žal kar običajno, da se s tako otopelimi zobmi žaganje nadaljuje. Posledica tega je slaba kvaliteta površine rezanega lesa, neenakomerna debelina in netočnost reza ter seveda močno povečana poraba energije.
Obe zlitini na osnovi niklja DELORO 50 in 60 po ugotovljenih rezultatih ne moreta konkurirati zlitini stellite 12.
Zlitine stellite 20 že zaradi slabih rezultatov uporabe na žagi z meritvami v laboratoriju sploh niso preizkušali.
Meritev otopitve na zobu žage. Fig. 141>
Measurement of cutting edge retreat on savv tooth.
DOLŽINA REZA [km] CUTTING PATH [km]
Slika 151'
Otopitev konvencionalnih in obloženih zob na žagah. Fig. 15»
Duiiing of conventional and tipped savv teeth.
In the first set of experiments four grades of abra-sion resistant alloys for cutting fresh wood vvere tested (Tab. 1).
in Fig. 14 a method for measuring duiiing of cutting edge vvith photomicroscopy is presented1.
The best results vvith respect to duiiing of tooth cutting edge vvere obtained by tipping of stellite grade 12 (Fig. 15)
The duiiing of teeth after cut iength of 35 km. vvhich corresponds to approximateiy 4 hour s of savving. vvas measured for savv steel and stellite 12. The value of cutting edge retreat for savv steel vvas found to be tvvelve times higher than for stellite 12. Even more important is the observation that the measured duiiing of stellite 12
OSTRO SHARP
OTOPITEV JEKLENEGA ZOBA DULLING OF STEEL TEETH
TOPO DULL
OSTRO SHARP
OTOPITEV TRDOKOVINSKEGA ZOBA DULLING OF CARBIDE SAW TEETH
Slika 161'
Otopitev jeklenih in trdokovinskih zobVVC - volframov karbid, Co - osnova, V - prazen prostor, ki je bil prej zapolnjen s kobaltom.
Fig. 161>
Dulling of savv steel teeth and carbide tips WC - tungsten carbide, Co - matrix, V - empty space, formeriy occupied by cobait.
Zanimiva je ugotovitev, da je obstojnost žage v veliki meri odvisna tudi od sposobnosti zlitine na zobeh za kvalitetno brušenje.
Zaključek te serije raziskav je bilo priporočilo uporabe zlitine stellite 12 za stelitiranje vseh vrst žag, ne samo zato, ker je ta zlitina pokazala najboljše rezne sposobnosti, najboljšo obrabno in korozijsko obstojnost, ampak tudi zaradi najboljšega obnašanja pri brušenju. Pri brušenju te zlitine je dosežena najboljša začetna ostrina zob, kar pomembno vpliva na celotno izdržljivost žage.
V drugi seriji posebnih laboratorijskih poskusov z natančnimi meritvami so primerjali obrabo rezalnega roba zlitine stellite 12 z dvema vrstama karbidnih trdin in s standardnim jeklom za žage. Raziskave so opravili za tri tipične vrste lesa. Pri teh poizkusih je bila dolžina reza 80 km, kar ustreza normalno žaganju 7-8 obratovalnih ur.
Slika 1611 shematično prikazuje značilnosti otopitve na rezalnem robu jeklenega oziroma trdokovinskega zoba. Obraba oziroma otopitev stelitiranih zob je po mehanizmu podobna jeklenim zobem.
Stelitirani zobje so pokazali v primerjavi z obema kar-bidnima trdinama (volframov karbid - 6 % Co in volframov karbid - 18%Co) najmanjšo obrabo in bistveno boljšo vzdržljivost. To pomeni, da imajo stelitirane žage precejšnje prednosti pred trdokovinskimi, posebno pri rezanju svežega lesa in pri tankih rezih. Ta raziskovalna ugotovitev je bila potrjena tudi v industrijski praksi žaganja zadnjih let. Korozijska odpornost zlitine in spoja z osnovo v veliki meri ugotovitev dodatno pojasnjuje. Kislinski ekstrakti svežega lesa napadajo kobalt v osnovni masi in s tem poslabšajo odpornost proti izpadanju vol-framovih karbidov.
Stelitirane žage bodo pri rezanju svežega lesa popolnoma izpodrinile žage s trdokovinskimi zobmi.
Trdokovinske žage se bodo še naprej obdržale v pohištveni in drugi finalizacijski lesni industriji. Tudi tam ima zaradi problemov odpadanja trdokovinskih ploščic pri velikih hitrostih ter ob udarnih obremenitvah na zob vez med oblogo zoba in osnovno kovino, ki jo dosežemo pri stelitiranju določene prednosti v primerjavi z nalotano trdo kovino.
8. POVZETEK PREDNOSTI STELITIRANJA ŽAG
(a) v primerjavi z uporabo standardnih jeklenih žag:
—	Rezna zmogljivost stelitiranih žag je v primerjavi z žagami z razperjenimi zobmi večja, ker reže vsak zob na obeh straneh.
—	Hitrost pomika se lahko poveča do 30 %.
- Povečana obstojnost rezalnega roba zob in zmanjšanje zastojev
at 35 km is reached by saw steel already after first kilometre of cut length vvhich corresponds to approxi-mately six minutes of savving.
Thus the dulling of savv steel teeth is very intensive in initial stages so that savving after fevv kilometres of cut length is performed by reiativeiy duil teeth vvhich cause bad surface quality of cut vvood, nonuniform thickness and inereased energy consumption.
The stellite 12 vvas found to be superior in comparis-on to stellite 20 and both nickel base alloys vvhich vvere considered in these dulling tests.
On the basis of this comparative research a conclu-sion vvas made that stellite 12 is highly recommended for aH types of savvs not only because of its best cutting ability, abrasion and corrosion resistance but also because of its best grindability vvhich enables good sharp-ening of teeth.
in the second set of laboratory experiments the stellite 12 vvas compared vvith tvvo grades of tungsten carbide hard metals for three typical sorts of vvood. In these tests a cut length of 80 km vvas considered.
in Fig. 16 the mechanism of dulling is schematically illustrated and compared betvveen savv steel and hard metal. The dulling mechanism of stellite teeth is similar to that of savv steel.
The results obtained by stellite tipped teeth vvere better then both tungsten carbide grades vvith 6 % and 18 % of cobait. Stellite tipped savvs are superior to hard meta/ savvs especially for cutting fresh vvoods and thin cut. This vvas also confirmed in practice. The corrosion resistances of stellite 12 and its vveiding junetion are both better than tungsten carbide grades and their sol-dering junetions. The acid extracts of fresh vvood are chemically interaeting vvith cobait matrix and in this way badiy influence the resistance of carbides against separ-ation from cobait matrix.
Stellite tipped savvs vvill replace hard metal savvs in cutting fresh vvood vvhiie they vvill retain their position in furniture and other finaiising industries employing treat-ed vvoods. Hovvever, ei/en in these applications the stellite tipping has certain advantages especially in the čase vvhere high speed cutting causing high impact loads is present.
8. SUMMARIZED ADVANTAGES OF STELLITE TIPPING
(a) Advantages vvith respect to conventional steel saws:
—	The stellite tipping enables higher cutting produetivi-ty vvith respect to the savvs vvith teeth setting;
—	The cutting speed can be up to 30 % higher;
—	Manjša hrapavost površin rezanega lesa in večja natančnost reza po daljšem trajanju žaganja. Povečan je izplen rezanega lesa.
—	Zmanjšanje potrebne energije. Pri standardnih jeklenih žagah se poraba moči po štiriurnem žaganju v povprečju poveča za 15 %, pri uporabi stelitiranih žag pa samo za 1,5 %.
—	Ostrenje žag je bolj ekonomično in poraba žagnih trakov ali diskov je manjša.
—	Poprečni proizvodni stroški žaganja so manjši.
Vse naštete prednosti se dosežejo v glavnem brez povečanja stroškov, ker se stroški stelitiranja skoraj v celoti izravnajo s tem, da ni več potrebno delo z na-krčevanjem in razperjanjem zob.
(b)	v primerjavi z uporabo trdokovinskih žag:
—	Povečana obstojnost rezalnega roba zob.
—	Izboljšanje možnosti za žaganje s tanjšim rezom. Varjeni spoj med stelitom in nosilnim jeklom je v splošnem precej trdnejši od lota med karbidno trdino in jeklom.
—	Konice stelitov so manj občutljive za poškodbe in nastale poškodbe se dajo lažje popravljati.
—	Stroški brušenja so nekoliko manjši, zaradi možnosti uporabe cenejših plošč.
—	Nižja cena stelitnih konic.
Poraba časa in stroški dela za trdokovinske ali stelit-ne konice zob v praksi ne predstavljajo pomembnih razlik.
(c)	nekaj dodatnih razlogov za uvedbo stelitiranja žag
—	Rezanje trdih in zelo neenakomerno rastočih lesov (exotov) in lesov z mineralnimi vključki je mogoče samo s stelitiranimi žagami.
—	V zadnjem času se je izkazalo, da prinaša stelitiranje velike prednosti tudi pri rezanju mehkih lesov.
—	Z relativno majhnimi dodatnimi ukrepi za stelitiranje se dosežejo veliki ekonomski uspehi.
9. ZAKLJUČEK
Stelitiranje žag močno podaljšuje življensko dobo zob in ima posebno pri žaganju nesušenih lesov pomembne prednosti pred vsemi danes razpoložljivimi načini zmanjševanja obrabe, vključno z oblaganjem zob s trdokovinskimi konicami. Tehnologija stelitiranja omogoča precejšnje zmanjšanje proizvodnih stroškov ob istočasnem povečevanju produktivnosti in izboljšanju kakovosti. Nabava potrebne opreme za stelitiranje se v večini žagarskih obratov amortizira v kratkem času.
Zelo priporočljivo tehnično, kvalitetno in ekonomsko rešitev predstavlja organiziranje servisnih centrov za stelitiranje in ostrenje vseh vrst žag.
Nadaljnji razvoj na področju stelitiranja žag bo usmerjen v kompletiranje proizvodnih programov kobal-tovih zlitin s posebnim poudarkom na specializaciji ponudbe, pri čemer bo imelo optimiranje sestave zlitin za določena področja in namene uporabe prav gotovo vse večji pomen.
—	The life time of cutting edge is longer and therefore enabies reduction of interruptions in the production;
—	A lovv cut roughness and narrow toierances can be retained for a longer time;
—	The yield of wood is higher;
—	The energy consumption and povver requirements are Iovver.
—	The increase of povver consumption in first four hours is approximately 15 % for steel savvs and 1.5 % for stellite tipped saws;
—	The sharpening of teeth is more economic and consumption of savv bands or discs is Iovver;
—	The average production costs are iovver.
AH above mentioned advantages can be achieved vvithout additional costs because stellite tipping cost are comparabie to the costs related to svvagging and setting of conventionai steel savvs.
(b)	Advantages vvith respect to hard metal savvs:
—	The life time of cutting edge of teeth is longer;
—	A better possibitity for savving vvith thin cut because the vvelded stellite junction is stronger than soldered hard metat junction;
—	The stellite tips are less sensitive to damages and can be easier repaired;
—	The sharpening costs are Iovver because cheaper grinding plates can be used;
—	The priče of stellite tips is Iovver.
The time consumption and labour costs for hard metal and stellite tipping are approximately the same.
(c)	Some additional reasons for introduction of stellite tipping
—	The savving of certain hard and irregularly grovvn vvoods (exots) and vvoods vvith mineral inclusions is often possible only vvith stellite tipped savvs;
—	Recent production experience confirms advantages of stellite tipping also for cutting soft vvoods;
—	With modest investments for stellite tipping relatively high savings and improvements can be achieved.
9. CONCLUSION
The stellite tipping of savvs enabies longer life time of teeth and has many advantages especially in savving un-treated vvoods. It is superior to ali today knovvn ap-proaches for reduction of teeth vvear including hard metal tipping. The technology of stellite tipping enabies considerable lovvering of production costs vvhile at the same time quality and productivity are improved.
It is expected that stellite tipping and sharpening vvill be organized in servicing centers. Further developments in stellite tipping vvill be aimed to an optimized assort-ment of alloys and forms of products for specialized ap-plications.
LITERATURA / REFERENCES
1.	Kirbach E., T. Bona: Stellit-bestuckung von VVeichholzsag-en (prevod), Lumber Manufacturing Update - Seminar, 26-28. Oct. 1981, Seattle, WA - Technical Report No.17, FORINTEK CANADA CORP., Aug.1981.
2.	Kirbach E.: Methods of improving wear resistance and maintenance of saw teeth. Technical Report No. 3/1979. Forintek Canada Corp.
3.	VOLLMER - prospekti: Das Stellitieren und Sharfen von Sagezahnspitzen.
4.	ISELI - privatna informacija/pnVaf communication
5.	ALLIGATOR - privatna informacija/pr/Va/ communication
6.	STN-W. Niggl: Priporočila za stelitiranje žag/ Recommenda-tion for steiiitizing of saws
7.	Rodič J.: Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice/Shortenings of Techno/ogical Procedures from Melt to Wire; Železarski zbornik 22, dec. 1988, str. 101-109
8.	Rodič J., W. Holzgruber, M. Haissig: Development of a new CW&BP* - Process for Specialty Steels and Superalloys, EUROMAT 89 - Conference, Aachen. Nov. 1989
9.	MIL-PP d. o.o., Ljubljana: Posebne zlitine na osnovi Co za lesno industrijo/Special Co-base a/ioys for wood cutting; 1991
10.	Rodič J.: Development of a New Process-Thermomechani-cal Consolidation of HCC Rods, not published
11.	Rodič A.: Internal reports of metallographic examination of samples, Institute of metals and technologies, Ljubljana 1991
MIL-PP RAZVOJ IN PROIZVODNJA SPECIALNIH ZLITIN
Ljubljana DEVELOPMENT AND PRODUCTION OF SPECIAL ALLOYS
HORIZONTALNO KONTINUIRNO LITJE - HKL HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING - HCC
61000 Ljubljana, Slovenija p.p. 431 - Lepi pot 11 Tel. +38 61 151 161, 216 709 Fax. (061)-213-780
MCC PROGRAM "MILIT"
POSEBNE ZLITINE NA OSNOVI Co ZA LESNO INDUSTRIJO SPECIAL Co-BASE ALLOYS FOR WOOD CUTTING
	MILIT	MILIT	MILIT	MI L I T	MILIT	MILIT
	6 H	12H	1 2WH	1 H	FH	2 1 H
C	1,2	1 ,<*	1,6	2,5	1 ,8	0,3
Si	1	1	1,5	1	1	0,5
Mn	0,5	2,5	2,5	0,5	0,5	0,5
Cr	29	30	29	30	25	28
Ni		1,5	1 ,5	-	23	3
U	4,5	a	10	13	12	-
Mo	0,5	-	-	-	-	6
Co	60	5<+	53	5 O	35	60
HRC	4S	48	54	55		30
OBLIKE FORHS
O
dimenzije dihens10ns
2.0 •■ i 8.0 ••
dolžine len6ths
l = 8 •» t 16 »i
350 ■« i mo i*
dobavno stanje deliverv condition
lito ali brušeno as čast or gnnded
2.0 •• 7 6.5 it
l = 8 »e 7 16 •§ 1000 >*
brušeno - gnnded
F = 8 n£ 7 50 uE
l = 8 >• 7 16 »i 1000 •■
brušeno - grinded
B = 2.7 •« f 6.0 n H = 2.5 •> 7 4.0 u A - 3.2 » 7 6.5 >■
A = 4.0	m 7 7.5 u
B = 3.0	7 5.0 n
D = 2.8	m 7 4.5 H
H - 3.5	7 6.5 u a = 30'
D, = U	*• D? = 5 u a = 50«
A = 4.0 •■ 7 6.5 n a = 60'
l = 1000 ii
brušeno - grinded
l = 1000 ii
l = 1000 ■■
l = 1000 n
brušeno - grinded
brušeno - gnnded
brušeno - grinded