DE3718779C2

DE3718779C2 -

Info

Publication number: DE3718779C2
Application number: DE3718779A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Schostek (Fh), 8013 Haar, De
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1990-08-16
Also published as: DE3718779A1; US4949836A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnecke od. dgl. Maschinenteil für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, insbesondere eine Extruderschnecke, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Aus der Zeitschrift "Schweißen und Schneiden", Jahrgang 19 (1967), Heft 9, S. 349 bis 442 ist eine Extruderschnecke dieser Art bekannt, die mittels des Auftragsschweißens mit einer Verschleißschutzschicht im Bereich der Schneckenstege versehen ist. Die verschleißmindernde Schicht besteht dabei aus einem Stahl oder einer Hartlegierung, insbesondere auf Chrom- oder Chromnickelbasis, gegebenenfalls auch mit geringem Molybdänanteil. Für das Auftragsschweißen solcher Hartlegierungen stehen alle bekannten manuellen oder mechanisierten Schweißverfahren, auch Pulverauftragsschweißen, zur Verfügung. Aus DE-OS 23 61 603 ist es bekannt, Förderschnecken mit einem verschleißmindernden Überzug auf Chromnickelbasis, mit geringem Molybdänanteil, zu versehen, wobei als Auftragsverfahren das Flammspritz- oder Plasmastrahlverfahren vorgesehen ist. Aus DE-OS 35 06 726 und DE-PS 29 54 305 ist es bekannt, Zylinder und Schnecken von Kunststoffmaschinen oder auch andere metallische Werkstücke mit Beschichtungen aus Wolframkarbid oder anderen Metallkarbiden, auch Molybdänkarbid, zu versehen, welche ebenfalls besonders harte verschleißmindernde Schichten ausbilden. Das Auftragen kann mittels Plasmaspritzverfahren oder Detonationsspritzverfahren erfolgen.

Die hohe Härte der vorgenannten Beschichtungen oder Panzerungen von Extruderschnecken od. dgl. kann in manchen Anwendungsfällen nachteilig sein. Beispielsweise üben die Schnecken von Doppelschnecken-Extrudern auf die Innenfläche des Zylinders eine hohe Beanspruchung aus, die sich auf bestimmte Winkelbereiche des Zylinderumfangs konzentriert. Eine besonders harte Panzerung der Schnecke würde den Verschleiß des Zylinders an diesen Stellen noch beschleunigen. Für solche Anwendungsfälle bevorzugt man Auflagen oder Panzerungen aus einem Material mit geringerer Härte, aber guten Gleiteigenschaften. Hierfür kommt reines Molybdän oder eine Legierung mit hohem Molybdängehalt in Frage. In diesen Fällen besteht aber die Schwierigkeit, die Auflage hinreichend fest mit der Unterlage zu verbinden. Konventionelle Schweißverfahren sind für hochmolybdänhaltige Legierungen nicht geeignet. Aus CH-PS 5 76 526 ist es bekannt, auf Extruderschnecken eine Molybdänschicht mittels des Flammspritzverfahrens aufzubringen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine durch Flammspritzen oder auch durch Plasmaspritzen aufgebrachte Auflage mit hohem Molybdängehalt ungenügend haftet und leicht zum Absplittern neigt. Solche Ablöseerscheinungen treten häufig schon nach wenigen Betriebsstunden, gelegentlich auch schon vor dem Einbau der Schnecke auf. Man muß bei den bisher üblichen Verfahren zum Aufbringen einer Molybdänschicht mit einer Ausschußrate von bis ca. 30% rechnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Extruderschnecke od. dgl. mit einer Auflage zu versehen, die einen möglichst hohen Molybdängehalt haben soll, trotzdem aber mit dem Grundwerkstoff verschweißt ist und deshalb nicht absplittern kann.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausgestaltungen der Schnecke bzw. des Verfahrens zu ihrer Herstellung.

Im Gegensatz zu den bisher angewendeten Verfahren des Flammspritzens oder Plasmaspritzens wird erfindungsgemäß das dem Fachmann an sich in anderem Zusammenhang bekannte Plasma-Pulver-Auftragsschweißen angewendet. Um dieses Verfahren mit Erfolg anwenden zu können, wird der Molybdängehalt der Legierung auf den bestimmten, im Anspruch 1 genannten Bereich eingestellt. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß ein in diesem Bereich liegender Molybdängehalt einerseits das Verschweißen der Legierung mit dem Grundwerkstoff bei Anwendung des Plasma-Pulver-Auftragsschweißens gestattet, andererseits aber Gleiteigenschaften bietet, die nicht wesentlich schlechter als die einer Auflage mit 99 oder 100% Molybdän sind. Unter dem Plasma-Pulver- Auftragsschweißen versteht der Fachmann ein Verfahren, bei dem nicht lediglich, wie beim Plasmaspritzverfahren, ein durch Lichtbogen erhitztes und angeschmolzenes Pulver gegen die zu beschichtende Oberfläche geschleudert wird und dort festsintert, sondern ein Verfahren, bei dem ein Lichtbogen zwischen dem Schweißwerkzeug und dem Werkstoff gebildet und das aufzutragende Pulver mittels dieses Lichtbogens mit dem Grundwerkstoff verschweißt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. 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 Auflage 4 als Verschleiß schicht oder Panzerung 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 Argon 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-Auftragsschweiß 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-Auftragsschweißen 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 Kunststoffverarbeitungsmaschinen, insbesondere Extruderschnecke, aus einem Grundmaterial, insbesondere Stahl, und einer örtlich aufgebrachten Auflage aus einer verschleißmindernden Legierung, die als eine durch Pulver-Auftragsschweißen aufgebrachte Schicht ausgebildet und mit dem Grundmaterial verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (4) einem durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen erzeugte Schicht ist und aus einer Legierung besteht, die, abgesehen von beim Schweißen aufgenommenen geringen Anteilen des Grundmaterials, die folgende 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 gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mo, das teilweise durch Mn ersetzt ist, oder an Mo und Mn 45 bis 65%, vorzugsweise 50 bis 60% beträgt.

3. Extruderschnecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mn nicht größer, vorzugsweise kleiner als der Gehalt an Mo ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Extruderschnecke nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem auf die Kopfbahn des Schneckensteges bzw. in eine in die Kopfbahn eingearbeitete Vertiefung mittels des Plasma-Auftragsschweißverfahrens eine Verschleißschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißwerkstoff für das Plasmaschweißverfahren die Legierung der genannten Zusammensetzung in Pulverform verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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 einzustellen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Nitrierhärtung des Grundmaterials der Schnecke nach dem Austragen der Verschleißschicht durchgeführt wird.