DE3718779A1

DE3718779A1 - Schnecke od. dgl. maschinenteil fuer kunststoffverarbeitende maschinen

Info

Publication number: DE3718779A1
Application number: DE19873718779
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Schostek
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1988-12-22
Also published as: US4949836A; DE3718779C2

Description

Es sind verschleißfeste Legierungen bekannt, mit denen man auf Werkstücken aus z. B. Stahl gegen Verschleiß, Korrosion, Erosion u. dgl. widerstandsfähige Schichten auftragen kann. Für das Auftragen stehen thermische Spritzverfahren mit und ohne nachfolgender Sinterung der Schicht sowie das Schmelzschweißverfahren zur Verfügung. Das Schmelzschweißverfahren wird z. B. auch angewendet, um Schnecken von Kunststoff-Spritzgießmaschinen an ihrer Kopfbahn mit einer verschleißmindernden Auflage oder Panzerung zu versehen, die dadurch fest mit dem Grund material verbunden wird. Hierfür werden Co- oder Ni- enthaltende Legierungen verwendet, die auch C, W, Cr, B, Si sowie Anteile an Hartstoffen wie z. B. WC in unterschiedlicher Höhe enthalten können. Insbesondere kommen unter der Handelsbezeichnung "Stellite" vertrie bene Kobalt-Legierungen, z. B. WC-Co 80/20 in Pulver form, hierfür in Frage. Diese Auftragswerkstoffe bilden sehr harte Verschleißschichten.

In anderen Anwendungsfällen ist eine übermäßig große Härte der Verschleißschicht nachteilig. Dies gilt z. B. für Extruderschnecken für die Kunststoffverarbeitung, insbesondere in Doppelschnecken-Extrudern. Hier unter liegt die Innenfläche des Zylinders einer hohen Bean spruchung, wobei sich diese Beanspruchung insbesondere auf bestimmte Winkelbereiche des Zylinderumfangs konzen triert. Eine besonders harte Panzerung der Schnecke würde den Verschleiß an diesen Stellen noch beschleuni gen. Für solche Anwendungsfälle bevorzugt man Auflagen oder Panzerungen, die einen hohen Anteil an Molybdän enthalten. Als Auftragsverfahren hierfür kommen bisher thermische Spritzverfahren wie z. B. das Flamm- bzw. Plasmaspritzen in Frage, welches jedoch nicht zu einer innigen Gefügeverbindung zwischen der Auftragsschicht und dem Grundmaterial führt. Ein Problem bei solchen Molybdän-gepanzerten Extruderschnecken besteht deshalb darin, daß es aufgrund der ungenügenden Haftung zwischen der Panzerung und dem Grundmaterial spontan oder jeden falls bei mechanischen und/oder thermischen Belastungen zu einem örtlichen Abblättern oder Abplatzen der Pan zerung kommt. Solche Ablöseerscheinungen treten häufig schon nach wenigen Betriebsstunden, gelegentlich auch schon vor dem Einbau der Schnecke. Man muß bei den bisher üblichen Verfahren mit einer Ausschußrate von bis ca. 30% rechnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders verschleiß mindernd gepanzerte Schnecke od. dgl., bei der die Gefahr des Ablösens der Verschleißschicht nicht besteht, sowie ein Verfahren zum Aufbringen der Verschleißschicht anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausgestaltun gen der Schnecke bzw. des Herstellungsverfahrens.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher eräutert. Es wird auf die Zeichnung Bezug ge nommen, die schematisch einen Querschnitt durch den Schnec kensteg einer Schnecke zeigt.

In der Zeichnung ist mit 1 der Kern der Schnecke und mit 2 der schraubenförmige Schneckensteg bezeichnet. Der Steg 2 kann in bestimmten Längenabschnitten der Schnecke vorgesehen sein, und zwar mit unterschiedlicher Breite und/oder Steigung. Der Durchmesser der Schnecke kann beispielsweise 60 bis 130 mm, die Länge bis 4000 mm, die Breite der Kopfbahn des Steges ca. 7 bis 50 mm be tragen.

In die Kopfbahn des Steges ist eine flache Vertiefung von z. B. 2 mm Tiefe eingearbeitet, die beiderseits von Randstegen 3 begrenzt wird, deren Breite ca. 1,5 bis 3,5 mm betragen kann. Die Vertiefung ist mit einer Verschleiß schicht oder Panzerung 4 ausgefüllt, die, wie im folgen den näher erläutert wird, aus der erfindungsgemäßen Le gierung besteht und nach dem Plasma-Pulver-Auftragsschweißver fahren aufgetragen wird.

Beispiel 1: Es wird eine Legierung der folgenden Zusammen setzung erschmolzen (in Gewichts-%):
60% Mo
3,5% Cr
1,8% B
2,5% Si
32,2% Ni.

Die Legierung wird durch Verdüsen in einem Schutzgas strom aus Ar oder Stickstoff in Pulverform überführt. Die bevorzugte Größe der Pulverteilchen für das Auf tragsschweißen beträgt 45 bis 100 µm.

Die beiden Schnecken eines Doppelschnecken-Extruders für das Plastifizieren und Extrudieren von Kunststoff wurden an den Kopfbahnen ihrer Schneckenstege mit einer ver schleißmindernden Auflage aus der vorgenannten Legierung versehen. Hierzu wurde in die Kopfbahn über ihre gesamte Breite mit Ausnahme zweier Randstege von ca. 2 bis 3,5 mm Breite eine flache Vertiefung von 2 mm Tiefe eingearbeitet. Mittels einer handelsüblichen Plasma-Pulver-Aufschweiß anlage wurde unter Verwendung des vorstehend beschriebe nen Legierungspulvers als Schweißgut in die genannte Vertiefung eine Verschleißschicht aufgetragen, und zwar mit einer Dicke von ca. 2,5 mm, die anschließend auf eine Dicke von 2 mm bündig mit den Randstegen abgeschlif fen wurde.

Aufgrund des Auftragens durch Plasma-Pulver-Auftragsschweis sen haftete die Verschleißschicht fest am Grundmaterial, wobei auch durch starke mechanische Beanspruchung, wie z. B. Hammerschläge kein Abplatzen hervorgerufen werden konnte. Die beiden Schnecken wurden in einen Doppelschnecken-Extruder einge setzt und unter üblichen Bedingungen in Betrieb genommen.

Eine Inspektion nach 2900 Betriebsstunden ergab keinerlei wahrnehmbare Verschleißerscheinung.

Beispiel 2: Aus einer Legierung der Zusammensetzung (in Gewichts-%)
50% Mo
3,5% Cr
1,8% B
2,5% Si
42,2% Ni
wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben ein pulverförmiges Schweißgut hergestellt und damit eine ver schleißfeste Panzerung auf zwei Schnecken eines Doppel schnecken-Extruders hergestellt.

Im Rahmen der Erfindung kann das in der Legierung ent haltene Molybdän teilweise durch Mangan ersetzt werden, wobei jedoch der Mangan-Anteil nicht größer, vorzugs weise kleiner sein sollte als der Molybdän-Anteil.

Es ist ferner vorteilhaft, den Chrom-Anteil derart auf den Molybdän-Anteil abzustimmen, daß er mit steigendem Molyb dän-Anteil abnimmt. So kann bei einem Molybdän-Anteil von nur 40% der Chrom-Anteil bis zu 5% betragen, während bei einem Molybdän-Anteil von 70% der Chrom-Anteil bis auf 0 reduziert werden kann.

Die Legierungsanteile Bor und Silicium haben im wesentlichen die Funktion eines Flußmittels. Der Gesamtanteil dieser beiden Legierungsbestandteile zusammen sollte 1 bis 8%, vorzugsweise 2 bis 5% betragen.

Es kann vorteilhaft sein, noch weitere Legierungsbestand teile in geringen Mengen hinzuzufügen. Insbesondere kommt eine Zugabe von Zirkon und/oder Titan mit Anteilen von jeweils bis zu 1% in Frage. Diese Legierungsbestandteile bewirken eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur bzw. eine Verringerung der Wachstumsgröße der Kristalle in der aufgeschweißten Legierungsschicht. Dies ist nicht nur beim Auftragen der Schicht von Bedeutung, sondern auch bei einer eventuell anschließenden Wärmebehandlung des mit der Legierungsschicht versehenen Werkstücks, z. B. der Extruderschnecken. Eine solche Wärmebehandlung muß z. B. beim Nitrierhärten durchgeführt werden. Zum Beispiel wird beim Nitrierhärten eine Wärmebehandlung bei ca. 500°C in einer nitrierenden Atmosphäre während einer Dauer von 200 Stunden durchgeführt. Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, diese Härtung erst nach dem Auftragen der Verschleißschicht durchzuführen.

Das Grundmaterial der Schnecke oder des Werkstückes, auf der die Verschleißschicht durch Plasma-Pulver-Auftrags schweißen aufgebracht wird, kann beispielsweise aus einem Stahl des Typs 31 CrMoV9 oder 14 CrMoV69 bestehen, oder auch aus anderen, für die Herstellung solcher Teile üblichen Stahlqualitäten. Beim Schmelzschweißen wandern geringe Anteile des Grundmaterials in die Verschleiß schicht ein, so daß diese dann zusätzlich zu den Aus gangsbestandteilen noch ca. 5 bis 10% Fe enthalten kann, was sich auf ihre Betriebseigenschaften nicht wesentlich auswirkt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß beim Auftragsschweißen der Verschleiß schicht ein Schweißgut verwendet wird, welches aus zwei pulverförmigen Komponenten besteht, wobei die eine Pul verkomponente aus der erfindungsgemäßen Legierung und die andere Komponente aus einer molybdänfreien Ni-Cr-B- Si-Legierung besteht. Durch entsprechende Dosierung des Anteils der zweiten Komponente kann der Molybdän-Gehalt in der fertigen Verschleißschicht gesteuert werden.

Claims

1. Schnecke od. dgl. Maschinenteil für Kunststoffverar beitungsmaschinen, bestehend aus einem Grundmaterial, insbesondere Stahl, und einer örtlich aufgebrachten verschleißmindernden Auflage aus einer molybdänhaltigen Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (4) mit dem Grundmaterial (1, 2) verschweißt ist und aus einer Legierung besteht, die, abgesehen von beim Schweißen auf genommenen geringen Anteilen des Grundmaterials, die fol gende Zusammensetzung (in Gew.-%) hat:
40 bis 70% Mo, welches auch teilweise durch Mn ersetzt sein kann,
0-10% Cr
0,5 bis 5% B
0,5 bis 5% Si
0 bis 1% Zr
0 bis 1% Ti
Rest Ni und/oder Co.

2. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Gehalt an Mo oder an Mo und Mn 45 bis 65%, vorzugsweise 50 bis 60% beträgt.

3. Extruderschnecke nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein etwaiger Gehalt an Mn nicht größer, vorzugsweise kleiner als der Gehalt an Mo ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Extruderschnecke nach Anspruch 1, bei dem auf die Kopfbahn des Schneckensteges bzw. in eine in die Kopfbahn eingearbeitete Vertiefung mittels des Plasma-Auftragsschweißverfahrens eine Ver schleißschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweiß werkstoff für das Plasmaschweißverfahren eine pulver förmige Legierung der folgenden Zusammensetzung verwen det wird:
40 bis 70% Mo, welches auch teilweise durch Mn ersetzt sein kann,
0-10% Cr
0,5 bis 5% B
0,5 bis 5% Si
0 bis 1% Zr
0 bis 1% Ti
Rest Ni und/oder Co.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Schweißen zusätzlich ein zweiter pulverförmiger Schweißwerkstoff zugeführt wird, der aus einer Cr-B-Ni-Si-Legierung besteht, um den Mo- Anteil in der aufgetragenen Verschleißschicht einzu stellen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß eine übliche Nitrierhärtung des Grundmaterials der Schnecke nach dem Austragen der Verschleißschicht durchgeführt wird.