螺杆机筒的材料选择和表面处理.docx

华鸿螺杆:/螺杆机筒的材料选择和表面处理由于氮化钢螺杆的经济性很多国家仍采用至今,例如西德用的最多的是氮化钢8550(34CrAlNi7)和8519(31CrMoV9),其他尚有7707(30CrMoV9),4122(X35CrMo17)和4057(X32CrNi17)等。它们大都是含碳0.30 - 0.40%的中碳钢，同时还含有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Al等之类合金元素。在美国大约有80%的螺杆用SAE4140(42CrMo4)钢和火焰硬化钢,其余的20%用氯化钢和在中碳钢上喷涂合金材料。日本的中小型螺杆大都用氮化钢SCM2-4，而大型螺杆则用中碳钢S45C火焰表面淬火。在我国绝大多数螺杆都采用氮化钢38CrMoAlA。一些制品厂也有用40Cr或45号钢。氮化钢的强度极限约85-90kgf/mm2,作为螺杆使用其芯部强度是足够的.其表面所要求的耐磨性可以通过氮化处理得到.氮化可采用盐浴液体氮化、气体氮化或离子氮化得到,这三种方法都可得到相似的效果但以离子氮化为佳.在氮化时氮院子进入钢的表层并且和其中能形成氮化物的合金元素相结合形成坚硬的氯化物(如氮化铝),其表面硬度可达HV1000-1100,(相当于HRC65-72),从而大打地提高了螺杆的耐磨性.近年来由于螺杆转速提高,机筒中压力的提高,更主要是由于在挤出时大量填料加入的结果,使得氮化钢制造的螺杆和机筒的耐磨性显得较大的不足.它的失效主要是由下述原因造成的:由于氮化层的深度一般尽在0.5mm上下,而内部集体的硬度仅为HV280左右,一单氮化层磨去,耐磨性便很差(图12-7)。在氮化时由于氮化工艺的不当造成绿化层变脆，在高压下极易剥落，破坏了螺杆的耐磨性；此外，由于集体硬度太低，在高压下薄的绿化层被压陷也破坏了螺杆的稳定工作。氮化钢的抗腐蚀能力虽因氮化而有所加强，但总的说来，抗蚀能力是不足的，尤其当挤出硬聚氯乙烯和一些工程塑料时更显得不足。由于上述情况，我们可以认为对螺杆机筒来讲，氮化钢已经不是一种先进的材料了。生产实际的需要是的人们开始寻求更好的材料和加工工艺来满足挤出生产的要求。目前国际上大约向着两个方向发展着。一是采用比氮化钢硬度更高、深入层更深的表面处理方法，以得到持久的耐磨性，二是采用高耐磨性并且能淬透工具钢。属于第一个方法的有下述措施。1.镀硬铬这是一种比较古老的化学处理方法。螺杆材料可以选用40Cr或45钢。镀过硬铬的螺杆有良好的表面光洁度和较强的抗腐蚀能力，抵抗磨损的能力也是较好的。但这种办法对镀铬工艺的要求很高；镀层过薄组织稀松，过厚则容易剥落。目前一般取0.05 0.1mm。镀层与金属基体的结合应很牢固，剥落出的凹坑会和铬层构成化学电池的两极，这就苏进了螺杆的腐蚀作用。2表面火焰淬硬或高频脆硬表面淬硬一种廉价面方便的处理方法。淬硬后的硬度可达到HRC55左右，淬火深度可达2 3mm。采用火焰淬硬时螺杆材料可以选用40Cr或45钢，因此对大型螺杆来说是很经济的。表面淬硬可用每期、乙炔、丙烷、氮、水煤气等作为燃料，将螺杆加热到815C下进行。如果采用高频淬火，淬火频率应大于4000赫兹然后用水浴或喷淋淬硬。3.表面堆焊在螺杆上堆焊可用电弧焊、等离子焊等办法进行。堆焊的合金可以钴基合金条（CoCrWMo合金，如Reiloyp48合金）或镍合金焊条,前者的硬度可达HRC36-54,后者可达HRC52-58。在要求硬度更高时还可直接堆焊碳化钨。这种工艺可以用来修复已磨损的螺杆，根据我国的经验堆焊可达3mm左右，修复时成本为新螺杆的35%70%。4.表面喷涂这是当前正在大力研究的一种方法。螺杆材料可选用氮化钢，然后在螺棱表面（图12-6）甚至全部螺杆上喷涂一层0.5-0.8mm的特殊合金材料，这些材料的成分如表12-1所示，为了进一步改善耐磨性，材料中还可加入碳化钨。为了增加合金材料和螺杆母体的附着力，喷涂前应用Al2O3对螺杆进行喷砂处理，喷涂时分散的合金粉末处于完全熔化或表面熔化的状态，在1750C的氧一乙炔火焰中喷向螺杆表面。在使用表12-1所示的含硼材料时，由于熔点仅1050 1070C，因此可以在喷涂后进一步烧结处理，这样的螺杆可以承受重要的负荷。当采用喷涂后烧结的工艺时，螺杆母体材料不能选用有冷气冷淬硬倾向的铬钢，因为这种钢在冷却过程中容易造成标称喷涂合金的裂纹。5.其它古老的表面渗碳工艺在螺杆上也有应用，但使用的很少。除此以外，新进发展起来的渗硼工艺也在开始研究，由于工艺的不成熟，此处也不做介绍。由于工艺上或其他方面的原因（如堆焊层的开裂、镀铬层的脱落、氮化层太浅等），上篇(/1752.html)的表面樱花处理方法和附设耐磨层的方法离全面完善尚有一定距离。因此，对于要求耐磨性高的螺杆，选用耐磨性强并且淬透层深的材料，也是一个发展的方向。例如将高速钢制成的螺杆头钉焊于螺杆体上。高速钢的硬度虽然比氮化钢低，但是在整个断面上它的硬度是一样的，因此整个使用寿命不低于氮化钢。又加用高耐磨性的莱氏铬钢（X220CrMoV121）（DIN），这种钢中含有17%足有的非常耐磨的莱氏体碳化物。用这种钢制造的螺杆，表面硬度达HRC60-62（HV700-800），而且 很深的淬透性。当螺纹表面磨损后，新露出的表面仍然和原来的表面一样的耐磨。实践表明，在用这种钢制成的螺杆上加工含有30%玻璃纤维时的尼龙66时，螺杆寿命比用氮化钢制成的螺杆要高几倍。目前在美国，95%以上的挤出和75%以上的注射机都采用了双金属机筒。而在欧洲大多数挤出都用氮化钢做机筒，但是也有用双金属机筒的趋势。在我国基本上都采用氮化钢，双金属机筒近年来才开始流行。双金属机筒是在预先加工好的中碳钢筒体或无缝钢管上用离心浇注的方法浇铸一层X合金，一般常用的牌号为Xaloy101、Xaloy306和Xaloy800(表12-2).它们实际上是一种多元合金(表12-3).各国使用的与这种合金类似的合金牌号列表于表12-4.浇铸的办法是将经过计算并精密称量后的合金溶剂一起放入筒体并加热到熔点以上的温度,保温后以每分钟1000转以上的高速度旋转,待浇铸均匀后进行冷却.由于采用离心铸造,因此杂志和疏松的孔隙都集中在表面的一个薄层中,在随后的研磨工序中很容易将它们除去.按上述方法制造的双金属机筒有下述特点:1.X合金层一般厚为2mm左右,最大可达6mm,为此它的工作深度比氮化钢深的多,参看图12-7和图12-8.当磨去0.3mm后氮化钢便已失效,而X合金则可磨去1.6mm以上.2.由于X合金相微观结构是渗碳体和马氏体组成的近低共熔合金(Xaloy101) ,或者是在镍合金母体中散步这碳化钨粒子,她们的硬度都很高,因此耐磨性很高,从图12-8的比较中可以明显看出:在做磨损试验时Xaloy306和Xaloy100的体积损耗仅为氮化钢的38%,而Xaloy800只有氮化钢的4%.3.X合金的高温硬度较高,子啊481C仍然保持在HRC50左右,这对加工氟塑料、聚砜、PP