1、前言
    膨脹干燥烘干機(jī)是順丁橡膠生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是脫去橡膠中的水分。經(jīng)擠壓脫水機(jī)脫水的物料連續(xù)加入料斗，被連續(xù)式螺旋葉推入機(jī)體內(nèi)，隨著物料的向前推動(dòng)，依靠機(jī)器內(nèi)部物料間的相互摩擦和膨脹干燥烘干機(jī)簡體蒸氣夾套的不斷給熱，物料到達(dá)機(jī)頭模板之前，就達(dá)到所需要的溫度(150～180℃)和所需要的壓力(10～5MPa)。當(dāng)過熱狀態(tài)的水和處于高溫、高壓狀態(tài)的物料被擠出機(jī)頭噴入大氣時(shí)，壓力突然降低到常壓，這時(shí)膠料中過熱狀態(tài)水立即汽化，從物料內(nèi)逸出，從而達(dá)到干燥的目的。
    螺桿是膨脹干燥烘干機(jī)的關(guān)鍵部件，螺桿呈懸臂狀態(tài)工作在高壓筒體中，螺桿上的螺旋葉不斷受到高壓和高粘度順丁橡膠的擠壓和剪切，因此螺旋葉的磨損是影響其正常工作的關(guān)鍵因素。螺葉的材料為ZGICr18N112M02T1，為提高螺葉的耐磨損能力，在螺葉的端部表面堆焊了3毫米的硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金的硬度在HRC50～54之間。在實(shí)際使用中，存在螺旋葉堆焊層的脫離，螺旋葉的損壞相當(dāng)嚴(yán)重，其實(shí)際工作壽命只有6個(gè)月左右，最短的僅3個(gè)月。
    由于螺旋葉上堆焊層的脫落，嚴(yán)重影響了膨脹干燥烘干機(jī)的正常工作。因此研究膨脹干燥烘干機(jī)螺旋葉的磨損原因，提高螺套的使用壽命，對(duì)順丁橡膠裝置的正常運(yùn)行和真正達(dá)到裝置的“二年一修”具有極其重要的意義。
2、螺旋葉損壞情況的宏觀分析
    膨脹干燥烘干機(jī)螺桿上的螺旋共有13只螺套套合而成，每只螺套均為鑄件，按零件圖上的技術(shù)要求：鑄件不得有氣孔、砂眼、夾渣等缺陷存在，螺旋工作面及根部表面打磨光潔，螺旋外圓表面3mm厚的硬質(zhì)合金，表面硬度HRC45～50，富通新能源銷售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)成型、烘干機(jī)機(jī)械設(shè)備。
    圖1為螺旋葉上堆焊層脫落的情形，從使用后螺套表面顏色看，螺套表面均已失去金屬光澤，且位于高壓端的大部分螺套均存在類似的現(xiàn)象，從其表面顏色上判斷，這層表面物質(zhì)為金屬氧化物，它是在襯套內(nèi)的高溫和介質(zhì)共同作用下形成的。螺套端部硬質(zhì)合金堆焊層存在大量的脫落現(xiàn)象，這種堆焊層的脫落在整個(gè)螺桿上的螺套是不均勻的，期中尤以螺桿中間的膨脹段的螺旋葉上更甚。
    在高壓端的螺旋葉表面均出現(xiàn)大量的裂紋，裂紋的形狀主要有兩種：徑向裂紋和網(wǎng)狀裂紋。徑向裂紋大都發(fā)生在螺套的輪毅上，裂紋粗大，個(gè)別裂紋已深入到螺旋葉上。至于網(wǎng)狀裂紋，它遍布于整個(gè)螺旋葉的表面，從螺套表面的著色檢查可見，這種裂紋主要在螺旋葉基材表面大量存在，裂紋顏色深淺不一，這表明裂紋的深淺不一。但在堆焊層未見有網(wǎng)狀裂紋，在堆焊層只發(fā)現(xiàn)從基材擴(kuò)展而來的裂紋（見圖2）。為進(jìn)一步了解裂紋的來源和了解螺套的原始狀況，我們對(duì)未經(jīng)使用的螺套進(jìn)行宏觀檢查。圖3表示一新螺套表面著色探傷的結(jié)果，螺旋葉表面光潔，無網(wǎng)狀裂紋存在，螺旋葉表面的缺陷主要存在于堆焊層熱影響區(qū)附近存在有零星的氣孔和焊接裂紋，整個(gè)螺套上缺陷比較集中的是在螺旋葉和螺套連接的變截面處，該處存在大量的氣孔和縮松，嚴(yán)重的區(qū)域已連成一線，這些缺陷應(yīng)該是在螺套鑄造時(shí)產(chǎn)生的。紋。  由于螺葉材料為含碳量較高的ZGICr18NiI2M02Ti，在材料的晶界較易形成鉻的碳化物，由于碳化物的生成，降低了晶界的鉻含量，從而使得晶界易于被介質(zhì)腐蝕。圖6表示大塊碳化物在材料中的形態(tài)，大塊碳化物存在于晶界，裂紋沿著黑色碳化物的兩端不斷擴(kuò)展，在碳化物附近的晶界裂紋明顯比其它部位的裂紋粗大。圖7表示晶界裂紋地?cái)U(kuò)展方向，從圖中可看出，裂紋在晶界生成，之后在介質(zhì)地作用下完全沿晶界擴(kuò)展。圖8是表示另一只金相試樣較大裂紋處的裂紋形貌，該裂紋靠近堆焊層，從該圖可看出該部位的裂紋使材料腐蝕后的形貌呈干固的河床狀，由于該試樣的腐蝕時(shí)間較長，在品粒的表面已形成大量深淺不～腐蝕凹坑，該腐蝕凹坑的生成進(jìn)一步說明在該試樣上的各個(gè)部位的抗腐蝕性能是不同的。由此可見由于該材料中的含碳量較高，使得材料中的鉻與碳結(jié)合在材料的晶界和晶粒形成大量的碳化物，從而使材料的局部區(qū)域產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象，而這
種貧鉻情況若出現(xiàn)在晶間形成晶間裂紋。
4、堆焊層的金相分析
    圖9為堆焊層材料經(jīng)王水腐蝕后的金相組織，從圖中可看出該材料的金相組織非常均勻，其組織形態(tài)為亞共晶組織，在富鉻固溶體周圍有大量的碳化物析出。這種金相組織與Stelite 6極為相似。
    對(duì)螺葉表面著色檢查可見，不同于螺葉基體材料中的網(wǎng)狀裂紋，堆焊層中的裂紋為徑向直裂紋，金相分析更明確地顯示了堆焊層中這種裂紋的形貌。從對(duì)堆焊層的金相分析可見，堆焊層中的裂紋大多從母材擴(kuò)展而來，如圖10所示，有的直接起始于堆焊層的界面，少數(shù)地方的裂紋在堆焊層中直接生成，如圖11所示。從金相分析可見，在堆焊層的界面，存在大量的條狀碳化物，這些碳化物的存在大大降低堆焊層的抗腐蝕能力，從而在堆焊層界面產(chǎn)生腐蝕裂紋，這種腐蝕裂紋不斷向材料內(nèi)部丌展，就使得螺葉堆焊層從螺葉基體上脫落。至于圖11所示的細(xì)微裂紋很可能是應(yīng)力腐蝕裂紋，其依據(jù)有兩點(diǎn)：1）從介質(zhì)要求看，有關(guān)文獻(xiàn)資料可知，有的牌號(hào)的司太立合金抗鹽酸腐蝕能力類似于316不銹鋼，而本螺葉的本體材料就是316不銹鋼，這種材料在該介質(zhì)中形成大量的表面裂紋，因此堆焊層材料具有與介質(zhì)組合形成應(yīng)力腐蝕裂紋的條件；2）生成應(yīng)力腐蝕裂紋自勺另一條件就是存在足夠大的應(yīng)力，如果堆焊層在堆焊后未作消除應(yīng)力退火，則堆焊層中將存在達(dá)到材料屈服限的殘余應(yīng)力。
5、防止螺套腐蝕措施的研究
    從對(duì)螺葉和堆焊層的金相分析可知，鑄造螺葉基體材料為粗大的柱狀品，且在晶界上或晶粒內(nèi)存在有大量的碳化物，由于碳化物的存在使晶界和晶粒內(nèi)產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象，最終造成螺葉表面產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋。對(duì)于堆焊層主要產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋和螺葉表面品間腐蝕裂紋擴(kuò)展而深入到堆焊層中的裂紋，就應(yīng)力腐蝕裂紋其應(yīng)力來源主要為堆焊過程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力，這一應(yīng)力可通過熱處理的方法消除，而擴(kuò)展裂紋只要螺葉表面上的品間腐蝕裂紋得以消除問題自然就得到解決。為改善基體材料中碳化物分布的均勻性，可采用熱處理的方法對(duì)鑄造后的不銹鋼采用固溶化處理，使碳在材料中均勻分布。
圖12表示螺葉基材經(jīng)熱處理后金相組織的變化情況，所采用的熱處理工藝為：將試樣加溫到1050℃，在爐子保溫半小時(shí)后，采用水淬的方法快速冷卻到室溫。從圖中很明顯可看出，經(jīng)固溶化處理后的不銹鋼，粗大的晶粒不見了，碳化物的分布更均勻了。山于碳化物的分布均勻，降低了晶界上的碳化物含量，從而使品界上的貧鉻狀況得以改善。可想而知，由于晶界上的鉻含量得增加，晶界的抗腐蝕能力必將大大改善，從而可防止或減輕改善晶界腐蝕裂紋的產(chǎn)生。但在基體材料中依然可見粒狀碳化物的存在，在粒狀碳化物存在的區(qū)域依然可能產(chǎn)生腐蝕。
    針對(duì)ZGICr18N112M02Ti含碳量高的缺點(diǎn)，且盡管采用固溶處理依然無法保證碳化物的均勻分布，其耐介質(zhì)腐蝕的能力很低。為此在實(shí)際應(yīng)用中螺旋葉的材料改用OCr1 7Ni4Cu4Nb不銹鋼，這種不銹鋼由于化學(xué)組分中含有銅元素，它在提高該材料硬度的同時(shí)，提高了其耐腐蝕和耐高溫的能力，因此采用浚類型的不銹鋼不僅可防止介質(zhì)刈材料產(chǎn)生晶問腐蝕，而且可有效降低螺套內(nèi)橡膠對(duì)螺葉的磨損速度。根據(jù)這一情況，高化公司化工廠自2002年1月開始對(duì)膨脹干燥烘干機(jī)的螺旋葉采用OCr17N14Cu4Nb作為基體制材料，在螺旋葉的端部堆焊Stelite6司太立合金。從實(shí)際使用效果看，螺旋葉采周浚種新材料后，其耐腐蝕性能得到很大程度的提高，新的螺套從投用至今已使用一年多時(shí)間，依舊完好無損，比未改造前的3個(gè)月的使用壽命得到很大程度的提高。
6、結(jié)論
    膨脹干燥烘干機(jī)為橡膠生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，該機(jī)器中的螺旋葉腐蝕和磨損是困擾正常生產(chǎn)的一大問題。經(jīng)分析，造成螺旋葉腐蝕的原因是由于ZGICr18N112M02T1的含碳量較高，該材料在該介質(zhì)中易產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，特別是在堆焊層焊縫的附近材料的抗腐蝕能力更差，為此可斷定鑄造不銹鋼的晶間腐蝕是造成堆焊層脫落的主要原因。沉淀型不銹鋼OCr17N14Cu4Nb由于具有很好的耐蝕性和耐高溫性能，因此選用該材料制作的螺旋葉具有較長的使用壽命，滿足生產(chǎn)實(shí)際的需求。