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α301合金硬度与耐磨损特性的探讨

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 上海康复达机械制造有限公司 吴信申点击:
众所周知,解决塑胶和塑胶心脏部件磨损在材料应用上的最佳方法,是选择双金属螺杆,匹配双金属机筒的应用。而要解决这些部件在腐蚀工况条件下的磨损,就必须探讨α301合金(美国XALOY公司将此种合金称之为X-800合金)双金属机筒衬里的磨损机理。

要探讨上述这个机理,我们首先要知道α301是一种什么样的合金材料,其组织成份见下表:

上表α301合金组织结构的特点是,相溶性较差的高耐磨损碳化钨微细颗粒弥散在镍基材料中,这些颗粒所占比例约为30%左右。镍基材料起到抗腐蚀作用,在许多应用情况下,其耐腐蚀性能与α201合金相同,在稀盐酸、稀硫酸、浓硫酸、稀氟酸和多种常用化学溶济中,表现出优越的抗腐蚀性。同时,在高温状态下合金内部所生成的碳化镍、碳化硅、碳化铬等碳化物分子,尤其有了比例更大的碳化钨颗粒则起到了高抗磨损作用。

有一个人们常常忽视的因素,这个因素其实在很大程度上左右了α301合金衬里的耐磨损性能,即目前国内外双金属机筒合金衬里的成型方法大部分是离心式铸造。由于α301合金中的碳化钨比重远大于镍基材料,受离心力的作用,这些占合金比例达30%左右的颗粒在离心过程中更接近于与母材的接合面,而不是机筒的内壁。也就是说,起到高抗磨损中坚力量的碳化钨合金颗粒并不是均匀地分散在合金衬里的组织结构中。这是碳化钨在α301合金中的存在状况,与上述提到的在高温状态下α301合金内部所生成的碳化镍、碳化硅、碳化铬等碳化物分子在合金中的存在状况的根本区别。

上述提到的α301合金里以碳化钨为主,辅以各种其它碳化物成份的微细颗粒,其平均努氏显微硬度为KHN 2000,这是α301合金特别耐磨损的主要原因。而根据上面表述的α301合金组织特征,我们了解到由于这些碳化物微细颗粒是弥散性地分布在镍的基体中,而且不均匀,因此无论是采用洛氏硬度计,或是维氏硬度计,这些宏观硬度计的探头不可能真正探测在碳化物本体上,它们所检测出的硬度值就存在二个显著特点:一是从数值上来看,随机检测硬度值的范围比较宽,例如HRC硬度值可以从55到64;二是所检测到的α301合金硬度值,其实是一种宏观硬度,仅仅从宏观上表示了α301合金的一个随机硬度值,并不能反映合金的真正平均硬度。试想如果金钢砂分布在泥土里,你的脚踩在上面,会感觉到金刚沙的硬度吗?

当用户使用挤出机生产的塑胶材料,如果这个材料对机筒是以腐蚀为主的磨损减量,例如氯化聚氯乙烯CPVC、氯化聚乙烯CPE、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯酸PAA等塑胶,填充入百分比不太多的玻璃纤维、二氧化碳和碳酸钙等,最合适的是使用α301合金机筒。因为它含铁量低,是一种不活跃的合金材料,基本上能够抗住各种酸类的腐蚀。

而当用户使用挤出机生产的塑胶材料,如果这个材料对机筒是以物理挤压接触为主的磨损(或被称为摩擦磨损),例如金属粉末添加在PVC中的挤出。虽然PVC在加热过程中会分解出氯离子,有腐蚀金属的倾向,但这种材料在加工过程中却主要表现为材料中的金属粉末对机筒内壁的强烈挤压而导致的摩擦磨损。如果选用以α301合金为衬里的双金属机筒,当这些金属粉末挤压机筒内壁时,在接触磨损中它带走了镍这个基材,同时也就带走了碳化钨颗粒。皮之不存,毛将焉附,这是人人明白的道理。可惜这些碳化钨颗粒还没有起到它应有的抗磨损作用就给带走了,这就不能错怪α301合金的抗磨损作用了。 (end)

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