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      雙合金螺桿加工生產技術

    2. 發布日期:2016-06-27
    3. 摘要: 螺桿一直以來采用38CrMoAl材質的雙合金螺桿進行加工生產,多年來一直合作的很愉快。

        螺桿一直以來采用38CrMoAl材質的雙合金螺桿進行加工生產,多年來一直合作的很愉快。不過最近有問題發生:新的螺桿裝機使用不久,便發生斷裂。針對這種情況,螺桿的工程師對此根斷裂的螺桿進行了檢驗。這根斷裂的螺桿是經調質處理和最終的滲氮處理后,再經由鉗工研磨或磨削、拋光處理,最后裝配在注塑機上的。斷裂部位剪實物照片圖1(a)、(b)。

      雙合金注塑機和擠出機用螺桿斷裂原因剖析1

       

      1.       宏觀分析

      如圖1a所示,該螺桿外型尺寸約ф28mm x 1035mm,是變底徑等螺距螺桿,動力輸入端(即花鍵端)直徑最小,其最小根園直徑約為ф18mm。
       觀察該斷裂螺桿發現,首先,斷裂發生在危險截面上,即軸的根園直徑極小值ф18mm處,斷口大體上呈現塑性材料扭轉斷裂破壞的形貌特征,其基體垂直中心軸線處有明顯的塑性變形痕跡,見圖1b。其次,該軸外表面大范圍出現呈脆性材料扭轉開裂破壞的形貌特征,開裂痕跡平行排列,大致與中心軸線相交45°角,見圖2。
       雙合金注塑機和擠出機用螺桿斷裂原因剖析2

       

      2.硬度檢驗及化學成分檢驗

      2.1硬度檢驗
       在HR-150A型洛氏硬度計上測得斷裂軸基體(心部)的硬度如下:22.5HRC,22.0HRC,22.5HRC,此數據顯示基體(心部)硬度較低。
       在Akashi MVK-H3顯微維氏硬度計上測量離表面不同距離直到心部的硬度,如表1所示??梢?,硬化層從表面向內部的硬度梯度分布比較平滑。
      2.2 化學成分檢驗
       化學成分見表2,表明化學成分符合合金結構鋼GB3077-88標準規范。
       
       

      3.金相分析

       在斷裂面附近及其它部位用電火花線切割法取樣并按制樣規范制備金相試樣進行金相分析,其金相組織見圖3、4、5、6.
      3.1 原材料存在帶狀偏析和夾雜物
       檢驗分析的樣品存在帶狀偏析,見圖3和圖4。

       

       圖中暗帶處是碳和合金元素富集區,測得的硬度為255HV0.05。而亮帶處則是碳和合金元素相對貧乏的區域,測得的硬度為220 HV0.05。夾雜物見圖4。由以上檢驗可見,該被檢驗樣品組織中夾雜物與帶狀偏析共存。螺桿用38CrMoAl制造,因該材料富含Al,而Al含量達到一定數值時容易導致材料出現偏析現象和脫碳敏感。如果原材料帶狀偏析嚴重,常規熱處理后其帶狀組織難以改善,而且熱處理時帶狀組織會導致產生附加應力,從而增大淬火變形開裂傾向。本檢驗螺桿的帶狀偏析尚不嚴重。

       

      3.2 滲氮層組織和基體組織
       表面滲單層的組織為滲氮索氏體+脈狀氮化物。擴散層中脈狀氮化物為2-3級,見圖5。參考GB11354-89標準評定,屬合格。整個滲氮層組織過度較為平滑,與表層硬度分布曲線相對應?;w組織為回火索氏體。圖6顯示,基體組織中原淬火態的馬氏體位向關系已經完全消失??梢?,調質回火所選的工藝溫度較高,導致螺桿硬度偏低。實測樣品塊的基體硬度≤23HRC也證實了這一點。

      4.分析討論及結論

       從以上常規的硬度檢測、化學成分檢測和金相分析可見,該材料成分符合標準規范,滲氮層組織無明顯過熱現象;但基體組織硬度偏低,而硬度與強度有一定的對應關系:即硬度低強度也相對偏低。從以上結果分析,該軸調質處理過程似有溫度偏高現象。螺桿精調質處理后精磨前需精表面滲氮處理,以提高表面硬度。由于該軸基體硬度低,這樣就使軸呈表面薄殼硬化狀態。圖2顯示該軸呈脆性材料扭轉開裂破壞的形貌特征,即螺桿表面裂紋大致平行排列且與中心軸線相交45°角。
       從而對該螺桿受力情況的分析可知,螺桿除承受軸向壓縮應力外,主要承受扭轉扭矩作用,出料端所受扭矩最小。盡管螺桿設計制造變成直徑等螺距給我們對其受力分析帶來影響,但還是可以近似地認為從出料端算起到螺旋線的另一端(近花鍵端),所受扭矩呈線性遞增。因為最小根園直徑很接近螺旋線的盡頭,所以該處理近似承受扭矩極大值。很自然在過載或螺桿強度不足的情況下,將首先在擠出螺桿危險界面發生破壞。
       綜合以上情況可得結論:螺桿圣手扭轉扭矩作用而發生早期斷裂,基體硬度低、強度不足是導致早期斷裂失效的主要原因。造成基體硬度低有兩方面的可能:一是設計硬度值太低;二是熱處理工藝不當,調質的實際回火溫度或后續滲氮的溫度過高(設定過高或控制儀表誤差)。

       


      標簽: 雙合金螺桿(18) 螺桿加工(18)

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