高鉻鑄鐵Ω 101A 橢圓套的研發及其特性

　　業内常常有用戶關心目前享譽平行雙螺杆擠出機組合機筒橢圓内襯套的高鉻鑄鐵Ω101A 材料，詢問其物理特性及研發背景，下面讓我們先來看看這個耐磨損型 101A 合金是一種什麽材料。

　　上海原元康技術團隊于 2005 年的年初根據德國 W&P 公司要求所研發的耐磨損型Ω101A 合金，是一種脆性較大的合金材料，從它的成份(見下表)我們可以了解到，這種合金應該歸類于抗磨高鉻合金白口鑄鐵。

 　抗磨高鉻合金白口鑄鐵的特性有三個，一是該材料具有很高的耐磨損性能，在鉻、釩等原料中加入了钼、錳等合金元素後，能使組織細化，幫助在材料内形成并穩定碳化物和馬氏體組織。而這些碳化物顆粒具有很高的硬度和耐磨性，例如碳化釩的硬度是 HV2800, 碳化銻的硬度可達到 HV3200。鉻白口鐵析出的鉻碳化物(爲 FeCr 類 7C 型碳化物)，硬度則高。

　　這些碳化物經過特定的熱處理手段後，可使得材料的基本組織轉變爲馬氏體，耐磨性能佳。

　　抗磨高鉻合金白口鑄鐵的特性中，高的耐磨損性能是其主要表現，但材料的高硬度特性也給材料帶來了高脆性不足，這是這種材料的兩種主要特性。抗磨高鉻白口鑄鐵在鑄态下，含有相當高比例的殘餘奧氏體，爲了分解這些殘餘奧氏體，使得這些奧氏體組織可以盡可能多地析出爲二次碳化物和盡可能多地轉變爲馬氏體，以獲得材料的更高的硬度，通常要采用适當的激冷處理方法。經過這種方法處理後，在抗磨高鉻白口鑄鐵内部形成高比例的共晶滲碳體，淬火馬氏體，當然金相組織中仍然殘留有少許的殘餘奧氏體。

　　經過一定處理手段而在抗磨高鉻白口鑄鐵内形成的這些高比例的共晶滲碳體，淬火馬氏體，以及少許的殘餘奧氏體組織本身，決定了該材料不可避免的高脆性，也就決定了抗磨高鉻白口鑄鐵并不适合用來制造承受高沖擊的耐磨零件。反觀擠出機的工況條件中，由于一般并不存在高沖擊，或強烈碰撞的情況，這是我們當年決定研發高鉻鑄鐵材料作爲組合機筒内襯套制造材料，并且判定不存在後顧之憂的一個重要原因。實驗數據告訴我們，高鉻鑄鐵 Ω101A 樣品在鑄态下，即硬度爲HV572 時，材料的抗沖擊韌性可以達到 KV1.9J;但是當 Ω101A 樣品在淬火态下，即其硬度達到 HV910 時，材料表現出來的抗沖擊韌性僅爲 KV1.2J，就是以上脆性分析的佐證。

　　Ω101A 高鉻鑄鐵橢圓套進入市場十幾年來的大量實踐應用告訴了我們一個簡單的事實，即在“一般并不存在高沖擊，或強烈碰撞的情況”下， 我公司提供的橢圓内襯套幾乎不存在在使用過程中的任何開裂現象。然而在使用于大型平雙擠出機的工況條件下，例如使用于内徑大于200mm的大長徑比擠出機的時候，我們發現安裝在擠出末端機筒内的橢圓套有開裂現象，但是安裝在同一機台的其他組合機筒段内的内襯套卻安然無恙，由此我們分析末端襯套開裂的原因是懸臂安裝在機筒内孔的，單支重量約達1.45噸的螺杆在工作狀态，螺杆末段“撞擊”了機筒内壁，脆性Ω101A 高鉻鑄鐵橢圓套無法承受這麽大撞擊力的“碰撞”而導緻了鑄鐵應力釋放的開裂現象。

　　曆史上，我公司曾經采用 Ω101A 材料制造的橢圓形狀的三個規格襯套，以及作爲參照物的采用高速鋼制造的相同三個規格橢圓形襯套，被我們放置于同一加熱爐中加熱至 600℃，經适當時間保溫後随爐冷卻到室溫，我們采用其它單位協助提供的事先準備的準确測量儀器，試圖尋找襯套的尺寸變化，以及包括襯套的内圓弧圓柱度，外圓弧圓柱度等位置度變化在内的哪怕些微可能的改變。然而，結論是我們确實發現了在加熱前後高速鋼襯套的尺寸及位置度方面微小的變化，但是并沒有發現鑄鐵Ω101A 襯套有任何尺寸上和位置度上的變化。這個實踐的驗證依然告訴了我們當年在課堂上學到的關于鑄鐵的這個特性表現，即與熟鐵和鋼比較，任何鑄鐵在适當的溫度條件下，幾乎不産生“塑性變形”。鑄鐵的被破壞，因其較高的“脆性”特征而要麽表現爲“直接開裂”，要麽表現爲“崩斷”，這是它的一個非常顯著的個性特性。

　　Ω101A 高鉻鑄鐵的其它性能，詳見我公司文件【Ω101A 整體鋼套的性能介紹】。

　　這裏，再讓我們回憶Ω101A 高鉻鑄鐵當年的研發背景。記得 2004 年的年底，當年德國 Coperion 科倍隆公司總監艾沃瑞茲Mr. Everaerts 先生和技術總監艾斯利 Eisley 先生代表德方投資剛成立不久的南京“科倍隆科亞(南京)機械有限公司”，因了解到我是中國内地雙金屬機筒和雙金屬螺杆的主要研發人員，因此專程來我公司要求我們能夠直接向他們在歐洲的Werner & Pfleiderer GMBH 公司提供四個規格采用鑄鐵材料制造的橢圓整體套(Oval Liner)，前提是我們的高鉻鑄鐵材料符合他們所提出的包括“密度”、“抗拉”、“屈服”、“熱傳導”、“線膨脹系數”等相關物理性能在内的諸多要求。爲達此目的，他們向我們出示了達标高鉻鑄鐵可能需要的配方。 2005 年 1 月末在檢驗了我公司研發并提供的，後續稱之爲高鉻鑄鐵Ω101A 合金的配方後，他們在德國完成了對該材料的物理性能檢測，并于當年 2 月正式向我們下單了 ZSK 機型的四個規格橢圓整體套(見附件【2005 年 2 月德國 W&P 公司向我公司直接下單四規格 ZSK 機型橢圓襯套圖紙】)。而這個下單，截至今天仍然陸陸續續的在不斷進行中。

　　近十年來，我們從一開始的僅僅采用準确鑄造的這個單一的成型工藝鑄造，加上簡單的采用常規機床的機加工方法向德方提供的成型Ω101A橢圓套産品以來，進而到現在能夠将部分産品采用固态高溫熱等靜壓(也稱作爲準态等靜壓，即 HIP 工藝方法，其成效可參閱附件【高鉻鑄鐵Ω101A 在 HIP 爐内成型的金相圖片】)的成型工藝鑄造，并采用 CNC 數控加工加上四軸聯動的CNC數控磨床來加工橢圓襯套，這個艱難的一路走來的進取過程其實離不開德國 W&P 公司，離不開海外其它出名行業翹楚們的嚴格要求和不停頓的鞭策。這個過程幫助了我們不斷的研發和進取，幫助了我們不斷的做大和做強，更幫助到我們孜孜不倦地盡我們所能而不斷地爲推進我國橢圓内襯套從材料到加工工藝的整個制造水平的提升而貢獻力量。這裏我們仍然誠摯地歡迎業内各專家對組合機筒橢圓内襯套的制造材料和制造工藝提出寶貴的意見和建議。