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Urheberrechtsanmerkung
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© 2010 Entek Manufacturing Inc. Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments enthält Material, das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Der Urheberrechtseigentümer hat keinen Einwand gegen die Faksimilereproduktion des Patentdokuments oder der Patentoffenbarung, wie sie in der Patentdatei oder den Patentdatensätzen im Patent- und Markenamt erscheint, durch irgendjemanden, behält sich jedoch ansonsten jegliche Urheberrechte vor. 37 CFR § 1.71(d).
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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Extrusionsverarbeitungssysteme und insbesondere auf Verfahren und eine Ausrüstung zum Wiederherstellen von verschlissenen metallischen Extrusionsverarbeitungselementen in einen im Wesentlichen neuen Zustand zur Wiederverwendung in Extrusionsverarbeitungssystemen.
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Hintergrundinformationen
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Eine signifikante Ursache des Verschleißes von metallischen Extrusionsverarbeitungskomponententeilen ist das Mischen oder Transportieren von Material durch zwei gemeinsam rotierende oder gegenläufig rotierende Verarbeitungselemente. Der Verschleiß zeigt sich in Korrosion oder Abrieb von äußeren Arbeitsoberflächen der Komponententeile. Sehr verschleißbeständige und korrosionsbeständige Extrusionsverarbeitungskomponententeile bestehen häufig aus Metallpulver-(PM)Werkzeugstählen. Eine bimetallische Materialkonstruktion wird verwendet, um die Menge an PM-Material, das zur Herstellung der Komponententeile erforderlich ist, zu minimieren. Im Fall eines Extrusionsschneckenelements umfasst das bimetallische Material einen inneren Kern mit einer Schicht aus PM-Werkzeugstahl, die um den Kern durch Druck verfestigt wird, der durch heißes isostatisches Pressen (HIP) aufgebracht wird. Der Kern besteht typischerweise aus einem Rundstab aus Flussstahl wie z. B. AISI 1018 (kohlenstoffarmem) Flussstahl oder Edelstahl.
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Das Folgende ist eine Kurzbeschreibung eines herkömmlichen Prozesses zur Herstellung eines Extrusionsschneckenelements. Der Flussstahl-Rundstab wird innerhalb eines zylindrischen Behälters (der typischerweise aus Flussstahl besteht) angeordnet und innerhalb des Behälters durch zwei Endkappen abgestützt. Füllschäfte sind an einer der Endkappen befestigt. Der Behälter wird dicht zusammengeschweißt und auf Lecks überprüft, um zu überprüfen, dass er hermetisch abgedichtet ist. Nachdem der Behälter zusammengefügt ist, wird das PM-Material durch die Füllschäfte zugeführt, um den Raum innerhalb des Behälters zwischen seiner Innenwand und der äußeren Oberfläche des Kernmaterials zu füllen. Sobald der Behälter mit PM-Material gefüllt ist, wird ein Unterdruck auf den Behälter aufgebracht. Wenn der Unterdruck erreicht ist, wird die Behälteranordnung erhitzt, um die Entfernung von Verunreinigungen zu erleichtern. Der Behälter wird abgedichtet, wenn festgelegte Temperatur- und Unterdruckpegel erreicht sind. Der abgedichtete Behälter wird dann in einem HIP-Ofen angeordnet und zu einem vollständig dichten Material verfestigt, das aus dem PM-Material besteht, das vollständig an das Kernmaterial gebunden ist. Während des HIP-Zyklus verformt sich der Behälter, wenn sich das PM-Material verdichtet, so dass die Endanordnung im Wesentlichen frei von Hohlräumen wird. Dieser Prozess wird Ablauf eines HIP-Zyklus genannt, in dem Materialien in einem festen Zustand verbunden werden.
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Der Behälter wird vom durch HIP verarbeiteten Material weggeschnitten. Äußere Arbeitsmerkmale in Form von Materialförder- oder -transportgängen der Extrusionsschneckenelemente werden aus der äußeren PM-Schicht des durch HIP verarbeiteten Materials maschinell bearbeitet. Das maschinelle Bearbeiten beinhaltet Wirbel-, Fräs- oder Drehvorgänge. Bevor eine Endbearbeitung durchgeführt wird, werden die Extrusionsschneckenelemente wärmebehandelt, so dass das PM-Material hart und abriebbeständig wird und das Kernmaterial weich bleibt.
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Der vorstehend beschriebene Extrusionsschneckenelement-Herstellungsprozess verschwendet eine signifikante Menge an PM-Material. Die Gänge einer typischen Extruderförderschnecke werden durch maschinelle Bearbeitung eines schraubenförmigen Kanals in die äußere Oberfläche der Förderschnecke erzeugt. (Förderschnecken weisen einen oder mehrere Schneckengänge auf und die meisten Förderschnecken weisen zwei Schneckengänge auf). Der schraubenförmige Kanal wird typischerweise entlang der ganzen Länge der Förderschnecke maschinell bearbeitet. Extrusionsschnecken-Verarbeitungskomponententeile dieses Typs werden für einen breiten Bereich von Extrudergrößen (Durchmessern) hergestellt. Eine Extruderförderschnecke mit größerem Durchmesser erzeugt eine größere Menge an verschwendetem PM-Material während der Herstellung. Wenn sie verschleißen, werden die PM-Extruderförderschnecken weggeworfen, da das PM-Material nicht durch Schweißen reparierbar ist.
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Plasmatransferbogen-(PTA)Schweißplattierung ist ein anderes Verfahren zur Herstellung von Extruderförderschnecken. Die PTA-Schweißplattierung beinhaltet das Erzeugen einer harten äußeren Schicht aus einem verschleiß-, korrosionsbeständigen Material an den Spitzen der Gänge an den äußeren Oberflächen der Extruderförderschnecken. Dies wird durch zuerst maschinelles Bearbeiten einer schraubenförmigen Nut in eine Länge eines schweißbaren Rundstabes erreicht. Die schraubenförmigen Nuten dienen als Schweißvorbereitungsbereich, in dem der PTA-Schweißplattierungsprozess durchgeführt wird. Nachdem das Schweißen durchgeführt wurde, werden die Schneckengänge in die äußere Oberfläche der Extruderförderschnecke maschinell bearbeitet und so geregelt, dass die Spitzen der Schneckengänge im plattierten Material landen. Ein weiteres Verfahren beinhaltet zuerst das maschinelle Bearbeiten der Extruderförderschnecken und dann das Schweißen der harten äußeren Materialschicht an die Extruderförderschnecken, nachdem sie maschinell bearbeitet wurden. Dieses Verfahren erfordert im Allgemeinen eine Nachbesserungsbearbeitung, nachdem die Gänge geschweißt wurden. Der PTA-Prozess erzeugt eine Extruderförderschnecke, die ein hartes Material an den Spitzen der Gänge aufweist, aber der Rest der Gänge hat keinen Schutz gegen Verschleiß oder Korrosion. Schneckengänge, die unter Verwendung des PTA-Schweißplattierungsprozesses hergestellt werden, können zur Wiederverwendung wiederhergestellt werden, aber nur mit schweißbaren Wiederherstellungsmaterialien. Diese Begrenzung schließt die Verwendung von vielen Legierungen im PTA-Prozess aus, die eine oder beide von Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweisen.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Die offenbarten Verfahren und die offenbarte Ausrüstung stellen verschlissene metallische Extrusionsverarbeitungselemente in einen im Wesentlichen neuen Zustand zur Wiederverwendung in Extrusionsverarbeitungssystemen wieder her. Extrusionsverarbeitungselemente umfassen Exzentrizitätselemente zum Kneten oder Mischen von Material oder Fördergangelemente zum Transportieren von Material. Das verschlissene Extrusionsverarbeitungselement umfasst einen Metallkörper, der um einen röhrenförmigen Metallkern mit einer inneren Oberfläche, in der ein Drehmomentübertragungsprofil ausgebildet ist, metallurgisch gebunden ist. Das Extrusionsverarbeitungselement ist durch eine nominale mehrfach kristalline Mikrostruktur von intermetallischen Verbindungen gekennzeichnet und hat eine äußere Oberfläche mit verschlissenen äußeren Arbeitsoberflächenmerkmalen, die sich entlang der Länge des verschlissenen Extrusionsverarbeitungselements erstrecken.
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Ein bevorzugtes Verfahren zum Wiederherstellen des verschlissenen metallischen Extrusionsverarbeitungselements zur Wiederverwendung beinhaltet das Montieren und Anordnen des verschlissenen Extrusionsverarbeitungselements in einem Behälter, der dazu ausgelegt ist, Material zu halten, das in den Behälter eingeführt wird, damit es einer Verdichtung unter isostatischem Druck unterzogen wird. Der Behälter wird mit Wiederherstellungsmetallpulverpartikeln gefüllt. Der mit Wiederherstellungsmetallpulverpartikeln gefüllte Behälter wird abgedichtet und in einem isostatischen Druckgefäß angeordnet, um die Wiederherstellungsmetallpulverpartikel zu verdichten und sie an den Metallkörper des verschlissenen Extrusionsverarbeitungselements zu binden, um ein unfertiges wiederhergestelltes Extrusionsverarbeitungselement auszubilden. Die verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikel sind durch eine mehrfach kristalline Wiederherstellungsmikrostruktur von intermetallischen Verbindungen gekennzeichnet und vom Metallkörper durch eine metallurgische Bindungsgrenzfläche getrennt, die eine kristalline Mikrostrukturgrenze zwischen den mehrfach kristallinen nominalen und Wiederherstellungsmikrostrukturen definiert. Der Behälter wird vom unfertigen wiederhergestellten Extrusionsverarbeitungselement getrennt, das dann mit einem röhrenförmigen Kern mit einer inneren Oberfläche mit einem Drehmomentübertragungsprofil versehen wird. Die verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikel werden maschinell bearbeitet, um eine wiederhergestellte äußere Oberfläche mit wiederhergestellten äußeren Arbeitsoberflächenmerkmalen auszubilden.
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Das wiederhergestellte metallische Extrusionsverarbeitungselement umfasst einen röhrenförmigen Metallkern, um den eine Metallpulver-Extrusionskomponente verfestigt ist, die metallurgisch verbundene innere Hüllen- und äußere Arbeitsabschnitte umfasst. Der innere Hüllenabschnitt bedeckt den Kern und ist durch eine erste mehrfach kristalline Mikrostruktur von intermetallischen Verbindungen gekennzeichnet und der äußere Arbeitsabschnitt ist durch eine zweite mehrfach kristalline Mikrostruktur von verdichteten Metallpulverpartikeln gekennzeichnet. Der äußere Arbeitsabschnitt weist eine äußere Oberfläche mit äußeren Arbeitsoberflächenmerkmalen auf, die sich entlang der Länge des Extrusionsverarbeitungselements erstrecken. Eine Bindungsgrenzfläche vom metallurgischen Typ definiert eine kristalline Mikrostrukturgrenze zwischen der ersten und der zweiten mehrfach kristallinen Mikrostruktur.
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Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen abläuft.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A, 1B und 1C sind jeweilige Vorder-, Seitenaufriss- und isometrische Ansichten einer ursprünglichen, fertigen Extruderförderschnecke des Standes der Technik.
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2A und 2B sind jeweilige Längs- und Querschnittsansichten einer erneut mit Kern versehenen verschlissenen Extruderschnecke, die innerhalb eines Behälters angeordnet ist, um einer Wiederherstellungsverarbeitung unterzogen zu werden, und 2C ist eine vergrößerte isometrische Ansicht des Behälters von 2A und 2B, die so dargestellt ist, dass ein Abschnitt des Behälters weggeschnitten ist, um die Anordnung der erneut mit Kern versehenen verschlissenen Schnecke innerhalb des Behälters zu zeigen.
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3 ist eine Stirnansicht einer wiederhergestellten Extruderschnecke, die gemäß dem offenbarten Verfahren hergestellt ist.
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4 ist eine Mikrophotographie, die eine Querschnittsansicht der mehrfach kristallinen Mikrostruktur des Inneren einer Metallpulver-Extrusionskomponente der in 3 gezeigten wiederhergestellten Extruderschnecke zeigt.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Die folgenden Beschreibungen werden mit Bezug auf Ausführungsbeispiele einer Förderschnecke als ein Beispiel eines Extrusionsverarbeitungselements dargestellt, für das diese Offenbarung gilt. 1A, 1B und 1C sind jeweilige Vorder-, Seitenaufriss- und isometrische Ansichten einer ursprünglichen, fertigen Extruderförderschnecke 10 des Standes der Technik. Mit Bezug auf 1A, 1B und 1C umfasst die Förderschnecke 10 einen Metallpulverkörper 12, der um einen röhrenförmigen Metallkern 14 mit zylindrischer Form verfestigt ist. Der Metallpulverkörper 12 weist über sein ganzes Inneres eine nominale zweikristalline Mikrostruktur von intermetallischen Verbindungen auf. Der Kern 14 weist eine innere Oberfläche 16 auf, in der Keile 18, die als Drehmomentübertragungsprofil fungieren, ausgebildet sind. Der Metallpulverkörper 12 weist eine Länge 20 und eine äußere Oberfläche 22 auf, von denen die letztere Arbeitsoberflächenmerkmale umfasst. Zwei schraubenförmigen Kanäle 24, die in die äußere Oberfläche 22 einbeschrieben sind, bilden sich nach außen erstreckende Arbeitsoberflächenmerkmale oder Gänge 26, die zwei spiralförmige Muster entlang der Länge 20 des Metallpulverkörpers 12 beschreiben. Jeder Gang 26 weist eine äußere Oberfläche 30 in der Form eines zylindrischen Segments auf, die sich durch Befördern von einem oder beiden von korrosiven und schleifenden Werkstückmaterialien über die Zeit abnutzt und ihre Betriebsfunktionalität verliert. Andere Abschnitte der äußeren Oberfläche 22 zwischen den schraubenförmigen Kanälen 24 und den äußeren Oberflächen 30 werden einer ähnlichen Beschädigung unterzogen. Der Förderschnecke 10 misslingt es schließlich, festgelegte Abmessungen zu erfüllen (d. h. die äußere Schneckenoberfläche 30 wird zu klein), und erreicht dadurch einen verschlissenen Zustand, der ihre Nutzbetriebslebensdauer beendet.
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Die nachstehende Beschreibung legt ein Verfahren zum Wiederherstellen einer verschlissenen Extruderschnecke 10 in im Wesentlichen einen neuen Zustand zur Verwendung in einem Extrusionsverarbeitungssystem (nicht dargestellt) dar. 2A und 2B sind jeweilige Längs- und Querschnittsansichten einer erneut mit Kern versehenen verschlissenen Extruderschnecke 10' mit einem Metallpulverkörper 12 der verschlissenen Extruderschnecke 10, der mit einem neuen, massiven Metallkernstab 40 in einem verringerten röhrenförmigen Kern 42 ausgestattet ist und in einem Stahlbehälter 44 angeordnet ist, um einer Wiederherstellungsverarbeitung unterzogen zu werden, und 2C ist eine vergrößerte isometrische Ansicht, wobei ein Abschnitt des Behälters 44 weggeschnitten ist, um die Anordnung der erneut mit Kern versehenen verschlissenen Extruderschnecke 10' innerhalb des Behälters 44 zu zeigen.
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Mit Bezug auf 2A, 2B und 2C beinhaltet ein anfänglicher Schritt bei der Wiederherstellung die Reinigung von Überbleibseln wie z. B. Metalloxiden, Bindemitteln und verschlechterten Kunststoffen, die sich über die Zeit durch Extrusionsvorgänge ansammelt haben, von der verschlissenen Extruderschnecke 10. Diesem anfänglichen Schritt folgt maschinelles Wegarbeiten der Keile 18. Die Keile 18 werden entfernt, da sie durch die nachstehend beschriebene HIP-Anwendung verzerrt werden würden. Ein Teil oder alles des röhrenförmigen Metallkerns 14 kann zusätzlich entfernt werden. In Abhängigkeit von der Menge an entferntem Material des Kerns 14 ist das Ergebnis eine glatte, vorzugsweise zylindrisch geformte Verarbeitungselement-Innenfläche 46 des röhrenförmigen Metallkerns 14 oder Metallpulverkörpers 12. In dem in 2A, 2B und 2C gezeigten Ausführungsbeispiel definiert die Verarbeitungselement-Innenfläche 46 im verringerten röhrenförmigen Kern 42 eine zentrale Öffnung 48, in die der Kernstab 40 eingesetzt wird, um die erneut mit Kern versehene verschlissene Extruderschnecke 10' auszubilden.
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Die Extruderschnecke 10' wird dann innerhalb des Behälters 44 angeordnet, wobei ein Leerbereich 54 zwischen der äußeren Oberfläche 22 der Extruderschnecke 10' und einer inneren Oberfläche 56 des Behälters 44 belassen wird. Eine feste Endkappe 58 verschließt ein Ende des Behälters 44 und eine Endkappe 60, durch die vier Füllrohre 62 verlaufen, verschließt das andere Ende des Behälters 44. 2A zeigt, dass der Kernstab 40 sich von jedem Ende des Metallpulverkörpers 12 nach außen erstreckt und in Aussparungen 64 in den inneren Oberflächen der Endkappen 58 und 60 passt, um die Extruderschnecke 10' in einer festen Position innerhalb des Behälters 44 zu befestigen, wenn er durch eine Dichtungsschweißstelle verschlossen wird. Rohe Wiederherstellungsmetallpulverpartikel werden durch die Füllrohre 62 zugeführt, um den Leerbereich 54 mit Material zu füllen, das mit dem Material des Metallpulverkörpers 12 metallurgisch kompatibel ist. Metallpulverpartikel wie Micro-Melt® 420CW (Produktbezeichnung von Carpenter Powder Products) können verwendet werden. Pulver dieses Typs sind von Carpenter Powder Products, Bridgeville, Pennsylvania; Niagara Specialty Metals, Akron, New York; und Erasteel, Boonton, New Jersey, erhältlich. Unterdruck wird auf den gefüllten Behälter 44 aufgebracht und die Füllrohre 62 werden in einen vollständig geschlossenen Zustand gepresst und geschweißt, um eine dichte Unterdruckdichtung des Behälters 44 aufrechtzuerhalten.
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Der mit Unterdruck abgedichtete Behälter 44 wird in einem HIP-Ofen (nicht dargestellt) angeordnet, der ein Gefäß ist, das einen isostatischen Druck bei erhöhter Temperatur aufbringt, um eine metallurgische Bindung zwischen dem Kernstab 40 und der Verarbeitungselement-Innenfläche 46 zu bilden und die Wiederherstellungsmetallpulverpartikel an den Metallpulverkörper 12 der Extruderschnecke 10' zu verdichten. Eine bevorzugte HIP-Anwendung am Behälter 44 wird für vier Stunden bei 2065°F ± 25°F bei 15000 psi durchgeführt. Das Ergebnis ist eine unfertige wiederhergestellte Extruderschnecke (nicht dargestellt). Ein geeigneter HIP-Ofen ist eine kommerzielle isostatische Heißpresse, die von Avure Technologies, Inc., Kent, Washington, erhältlich ist. Die Zugabe von Wiederherstellungsmetallpulverpartikeln, gefolgt von HIP-Anwendung, vermindert die Härte des Metallpulverkörpers 12, was eine Verminderung der Härte von etwa 56 HRC auf etwa 22 HRC ergibt. (HRC bezieht sich auf die Rockwell-Härteskala für harte Materialien.) Die Härte des Metallpulverkörpers 12 nach der HIP-Anwendung wird auf einen ausgeglühten Zustand, der leicht maschinell bearbeitbar ist, erheblich verringert. Bei der Vollendung der HIP-Anwendung wird der Behälter 44 von der unfertigen wiederhergestellten Extruderschnecke maschinell bearbeitet und die Endkappen 58 und 60 werden von dieser abgeschnitten. Der Kernstab 40 wird mit einer zentralen Längsführungsbohrung 70 mit einer inneren Oberfläche 72 versehen. Ein Drehmomentübertragungsprofil in Form von Keilen 18' wird in die innere Oberfläche 72 durch Ziehen eines Stecheisens durch die Führungsbohrung 70 einbeschrieben. Alternative Drehmomentübertragungsprofile umfassen eine oder mehrere Keilnuten oder mehrere gerade Oberflächenabschnitte, die eine polygonale (vorzugsweise hexagonale) Kontur für die innere Oberfläche 72 definieren. Die äußere Oberfläche 22 wird maschinell bearbeitet, um Schneckengänge 26 mit korrekter Größe auszubilden. Ein Wärmebehandlungsprozess wird durchgeführt, um die wiederhergestellte Extruderschnecke 10'' mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Härte von etwa 56 HRC bis 59 HRC bereitzustellen. Die verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikel werden endbearbeitet und die Endflächen der unfertigen wiederhergestellten Extruderschnecke werden geschliffen, um eine wiederhergestellte Extruderschnecke 10'' (3) auszubilden, die eine wiederhergestellte äußere Oberfläche 30 in Form eines zylindrischen Segments aufweist und eine festgelegte endgültige Länge und einen festgelegten Gewindezeitablauf aufweist. Unter solchen Bedingungen ist ein Ausglühen nach der HIP-Anwendung des Behälters 44 üblich, um die maschinelle Bearbeitung der unfertigen Extruderschnecke leichter zu machen.
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3 ist eine Stirnansicht der wiederhergestellten Extruderschnecke 10''. Mit Bezug auf 3 umfasst die wiederhergestellte Extruderschnecke 10'' eine Metallpulver-Extrusionskomponente 80, die um den verringerten röhrenförmigen Kern 42 verfestigt ist. Die Extrusionskomponente 80 umfasst einen Metallpulverkörper 12, der metallurgisch an verdichtete Wiederherstellungsmetallpulverpartikel 82 gebunden ist. Der Metallpulverkörper 12 bildet einen inneren Hüllenabschnitt, der den verringerten röhrenförmigen Kern 42 bedeckt. Eine metallurgische Kernbindungsgrenzfläche 84 definiert eine Grenze zwischen dem verringerten röhrenförmigen Kern 42 und dem Kernstab 40. Eine Schicht von verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikeln 82 bildet einen äußeren Arbeitsabschnitt, der eine äußere Oberfläche 86 mit äußeren Arbeitsoberflächenmerkmalen 88 aufweist, die sich entlang der Länge der wiederhergestellten Extruderschnecke 10'' erstrecken.
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4 ist eine Mikrophotographie, die eine Querschnittsansicht des Metallpulverkörpers 12 und der Schicht von verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikeln 82 zeigt. Die dunklen Bereiche sind eine primäre Carbidphase und die hellen Bereiche sind eine getemperte Martensitphase. Die getemperte Martensitphase weist eine raumzentrierte tetragonale Kristallgitterstruktur auf, in der sich sehr kleine sekundäre Carbidpartikel (in 4 nicht sichtbar) befinden. Die Größen der Partikel der primären Carbidphase sind eine Funktion der Verfestigungsrate und der Temperatur, die einen Härtungsprozess kennzeichnen. In der Mikrophotographie sind physikalisch unterschiedliche intermetallische Verbindungen vorhanden, die die kristalline Mikrostruktur des Inneren der Metallpulver-Extrusionskomponente 80 bilden.
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Mit Bezug auf 4 ist der Metallpulverkörper 12 durch eine erste zweikristalline Mikrostruktur 90 von intermetallischen Verbindungen gekennzeichnet und die Schicht von verdichteten Wiederherstellungsmetallpartikeln 82 ist durch eine zweite zweikristalline Mikrostruktur 92 von intermetallischen Verbindungen gekennzeichnet. Jede der zweikristallinen Mikrostrukturen 90 und 92 stellt zwei Festkörperphasen einer Legierung dar, die aus einer primären Carbidphase, die in einer getemperten Martensitphase vorhanden ist, besteht. Eine metallurgische Verbindungsgrenzfläche 94 definiert eine kristalline Mikrostrukturgrenze zwischen den zweikristallinen Mikrostrukturen 90 und 92. Die kristalline Mikrostruktur 90 des Metallpulverkörpers 12 der verschlissenen Extruderschnecke 10 weist einen Carbidvolumenanteil auf, der geringer ist als der Carbidvolumenanteil der kristallinen Mikrostruktur 92 der verdichteten Wiederherstellungsmetallpulverpartikel 82 der wiederhergestellten Extruderschnecke 10''.
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Die Differenz der Volumenanteile der primären Carbidpartikel in den zweikristallinen Mikrostrukturen 90 und 92 war das Ergebnis von verschiedenen Chemien in den Legierungen, die die zwei Mikrostrukturen bilden. Das offenbarte Verfahren ist gleichermaßen anwendbar, wenn die Chemien des Metallpulverkörpers 12 und der Metallpulverpartikel 82 gleich oder fast gleich sind. Eine erfolgreiche Wiederherstellung der Förderschnecke 10 erfordert, dass die metallurgische Bindungsgrenzfläche 94 sich zwischen der ursprünglichen Schneckenlegierung des Metallpulverkörpers 12 und der Wiederherstellungslegierung der Metallpulverpartikel 82 bildet.
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Der Charakter von jeder der zweikristallinen Mikrostrukturen 90 und 92 wird durch ihre Chemie und Verarbeitung festgelegt. Einer der Gründe für die Differenz der Carbidvolumenanteile der zweikristallinen Mikrostrukturen 90 und 92 ist die PM-Partikel-Chemie. Der Metallpulverkörper 12 wurde aus verdichtetem Metallpulver ähnlich zu PM 10V ausgebildet und die Schicht von verdichteten Wiederherstellungsmetallpartikeln 82 wurde aus 420CW-Partikeln ausgebildet. Die anfängliche Zusammensetzung der 420CW-Partikel weist einen größeren Carbidvolumenanteil auf als jenen der anfänglichen Zusammensetzung von PM 10V Partikeln auf. Ein Temperprozess, der nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, erhöhte die Zähigkeit der Materialien. Die Wärmebehandlung beinhaltete eine Austenitisierung bei 2100°F in einem Vakuumofen, Abschrecken bei 58,015 psig (4 bar) Druck und anschließendes doppeltes Tempern bei 600°F. Nach der Wärmebehandlung der wiederhergestellten Extruderschnecke 10'' wies der Metallpulverkörper 12 62 HRC Härte auf, die verdichteten Wiederherstellungsmetallpartikel wiesen 59 HRC Härte auf und die Bindungsgrenzfläche 94 wies 60 HRC auf. (Die HRC-Umrechnung basiert auf ASTM E140-07, Tabelle 1).
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Obwohl es auf die Wiederherstellung einer Förderschnecke 10 gerichtet ist, die den Metallpulverkörper 12 umfasst, kann das vorstehend beschriebene Verfahren auch an einer Förderschnecke ausgeführt werden, bei der der verschlissene Metallkörper aus Nicht-Metallpulver-Material besteht, wie z. B. D2, H13 oder Nitrid-135M-Werkzeugstahl.
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Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Das Ausbilden von metallurgischen Verbindungen kann beispielsweise durch kaltes isostatisches Pressen (CIP) als Alternative zu HIP durchgeführt werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- AISI 1018 [0003]
- ASTM E140-07, Tabelle 1 [0025]
