Процесс термической обработки для повышения срока службы шнековых валов экструдера

Для получения шнековых валов экструдера с высокой прочностью и вязкостью чаще всего используется сталь 40CrMnMo. Этот материал представляет собой низкоуглеродистую легированную конструкционную сталь и применяется в улучшенном состоянии. Тогда возникает вопрос: обладает ли сталь 40CrMnMo после закалки и высокого отпуска (закалка + высокий отпуск) наилучшей износостойкостью в дополнение к высокой прочности и вязкости?

1 Влияние режима термической обработки на износостойкость стали 40CrMnMo

Технические требования к термической обработке стали 40CrMnMo в испытаниях приведены в таблице 1, а данные, полученные после испытаний на износ, — в таблице 2.

Таблица 1. Технические требования к режимам термической обработки

Таблица 2. Потеря массы при износе и твёрдость

Из таблицы 1 видно, что разработанные режимы термической обработки представляют собой:
a. только закалка; b. закалка + низкий отпуск; c. закалка + средний отпуск; d. закалка + высокий отпуск.

Из таблицы 2 видно, что твёрдость стали 40CrMnMo изменяется в зависимости от температуры отпуска в соответствии с общей закономерностью, то есть с повышением температуры отпуска твёрдость постепенно снижается. Однако износостойкость изменяется не параллельно твёрдости при изменении температуры отпуска. Потеря массы при износе образцов после закалки + низкого отпуска ниже, чем у образцов после только закалки и после закалки + среднего и высокого отпуска. Это указывает на то, что после только закалки, хотя твёрдость материала повышается, также возникает хрупкость. Поэтому в условиях абразивного изнашивания при твёрдом контакте вероятно хрупкое скалывание, что снижает износостойкость. После низкого отпуска твёрдость снижается незначительно, но вязкость значительно улучшается, что повышает износостойкость. При дальнейшем повышении температуры отпуска твёрдость постепенно снижается, а потеря массы при износе постепенно возрастает. Во время среднего отпуска пересыщенные атомы углерода в закалённом мартенсите постепенно выделяются, твёрдость матрицы снижается, и в матрице выделяется большое количество высокодисперсных карбидов, что всё ещё в значительной степени способствует повышению износостойкости. Во время высокого отпуска размер карбидов увеличивается, твёрдость матрицы существенно падает, и, таким образом, потеря массы при износе значительно возрастает, а износостойкость снижается.

2 Вывод

После закалки + низкого отпуска и закалки + среднего отпуска сталь 40CrMnMo обладает относительно высокой износостойкостью. После низкого отпуска материал имеет наилучшую твёрдость и износостойкость; после среднего отпуска прочность, вязкость и износостойкость материала сбалансированы; после высокого отпуска материал имеет наилучшую прочность и вязкость, но его износостойкость снижается. Учитывая, что шнековый вал экструдера требует не только высокой износостойкости, но и хорошей прочности и вязкости, сделан вывод, что оптимальным режимом термической обработки для шнекового вала экструдера является: закалка при 850°C + средний отпуск при 400°C.

Источник: Brick and Tile 2000(02)