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Ω101A材料的特性及其对整体钢套产生裂纹的影响

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组合机筒
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参数

  01A整体内衬套在实际使用中,有时候会遇到内衬套表面产生裂纹的问题。我们分析裂纹产生的主要原因有以下二个:

  裂纹产生的第一个原因,是这些内衬套与机筒体之间存在有一定的间隙,因此这些内衬套在工作中无法承受到机筒体在材料强度上的支撑(或也可称之为“支持”),当衬套受到尤其来自于大型组合式螺杆组非直线工作状态下的碰撞,或碰擦,就很容易产生这些裂纹。

  那么,螺杆组为什么会处于“非直线工作状态”呢?原因有三,一是因为平行双螺杆挤出机的这个“螺杆组”,是由许多螺纹输送元件和将这些元件串接在一起的芯轴等零件组成。尤其是大型的螺杆组本身的重量,会导致螺杆的非直线工作状态。而当螺杆组的长径比偏大时,这个矛盾就更为突出。例如云天化股份有限公司的意大利进口2-R612A聚合机的螺杆组,其螺纹元件平均外径为217.25mm,螺杆组长径比(L/D)为33,计算螺杆组工作段的长度达7170mm,单支螺杆组理论重量超过1430kg。因此这个螺杆组在旋转工作时因其自身的重力作用,常常会导致其处于非直线工作状态。

  原因之二是,通常分析认为,当大型“螺杆组”在机筒内旋转,将物料向机头方向推送挤压,则螺杆组一定会承受到来自于机头的一个背压力,这个背压会使得螺杆组工作于非直线状态下。

  原因之三是,反应式平行双螺杆挤出机的螺杆组与普通高分子材料配混造粒挤出机不同处,在于其螺杆组在工作状态下,因没有任何固相高分子材料的“包裹”而可以自悬于中,因此螺杆组的任何非直线工作状态所产生的“碰撞力”,或“碰擦力”,将直接作用于内衬套的内壁,这个力对内衬套的威胁之大和破坏之甚,是可以想象的。

  裂纹产生的第二个原因,是我公司根据德国W&P公司要求而研发的101A合金,是一种脆性较大的合金材料,从它的成份(见下表)我们可以了解到,这种合金归类于抗磨高铬合金白口铸铁。

标 准

牌 号

主要合金元素成份

C

Si

Cr

Mo

Cu或V

中国标准GB/T8263-1999

KmTBCr26

2.0~3.3

≤1.2

23.0~30.0

≤3.0

≤2.0

德国标准
DIN EN12513
DIN1695-1981

G-X300CrMo271,0.9655 (G-X250CrV251,1.2292.2)

1.8~2.4
2.4~3.2

1.0
(Max)

23~28

3.0
(Max)

1.2
(Max)

Ω101A

2.0~3.0

0.3~1.5

22~29

0.3~0.9

0.2~0.8

  抗磨高铬合金白口铸铁的特性有三个,一是材料具有很高的耐磨损性能,在铬、钒等原料中加入了钼、锰等合金元素后,能使组织细化,帮助在材料内形成并稳定碳化物和马氏体组织。而这些碳化物颗粒具有很高的硬度和耐磨性,例如碳化钒的硬度是HV2800, 碳化锑的硬度可达到HV3200。铬白口铁析出的铬碳化物(为FeCr类7C型碳化物),硬度则最高。这些碳化物经过特定的热处理手段,可使得材料的基本组织转变为马氏体,耐磨性能极佳。

  抗磨高铬合金白口铸铁的特性中,高的耐磨损性能是其主要表现,但材料的高硬度也同时带来了材料的高脆性缺陷,这是这种材料的第二种主要特性。抗磨高铬白口铸铁在铸态下,含有相当高比例的残余奥氏体,为了分解这些残余奥氏体,使得这些奥氏体组织可以尽可能多地析出为二次碳化物和尽可能多地转变为马氏体,以获得材料的高的硬度,通常要采用适当的激冷性处理方法。经过这种方法处理后,在抗磨高铬白口铸铁内部最终可以形成高比例的共晶渗碳体,淬火马氏体,以及少许的残余奥氏体。而这些铸态下的残余奥氏体另外还可以通过低温回火的方法,最终转变为贝氏体。

  经过一定处理手段而在抗磨高铬白口铸铁内最终形成的这些高比例的共晶渗碳体,淬火马氏体,以及少许的残余奥氏体组织本身,决定了该材料不可避免的高脆性,也就决定了抗磨高铬白口铸铁并不适合用来制造承受高冲击的耐磨零件。而一般认为,适合制造能够承受冲击工况条件的耐磨零部件应当采用以奥氏体为基体的合金铸铁。

  当我们的Ω101A样品在铸态下,即硬度为HV572时,材料的抗冲击韧性可以达到KV1.9J;而当Ω101A样品在淬火态下,即其硬度达到HV910时,材料表现出来的抗冲击韧性仅为KV1.2J,就是以上脆性分析的佐证(见我公司文件【HIP钢套物理机械性能报告】)。

  抗磨高铬合金白口铸铁还有着一个常常被或视但却又非常重要的第三个特性,即这种材料的体收缩与线收缩的表现,比其它材料大。由于这些大的收缩性能,导致其残余应力往往存在于材料内部而常常没有被重视。衬入平双机筒中的101A整体内衬套如果产生裂纹,我们同时应该警惕的另一个重要信号,恰恰是由于这些内衬套受到了螺杆组的碰撞,或碰擦这些外力以后,其内部的残余应力得以完全释放了出来。

  知道了裂纹产生的原因,我们就可以在这些内衬套的制造技术上,采取相应的措施,在内衬套强度的支持方面,在消除内衬套的应力方面,采取必要的技术措施,以减少内衬套材料可能产生裂纹的倾向,保证机器的长期、正常使用状态。

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