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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)
1 焊材及工艺设计 基体材料 ：转子基材为低合金钢铸件 ；室壁体基
1.1 合金焊材设计 材为 20 钢锻件。
橡胶密炼过程中，普遍认为存在两种形式的磨损： 堆焊材料 ：过渡层为不锈钢焊丝 ；耐磨合金层为
氧化（腐蚀）磨损和磨粒磨损。目前，行业内应用最 高碳高铬合金焊丝和钴铬钨合金丝材、粉材。
多的合金类型是高铬铸铁、钴铬钨合金和低碳中铬马 焊接设备 ：五轴联动焊接机器人 ；专用自动堆焊
氏体合金。这些合金我们公司都一直在使用，其工艺 成套设备 ；等离子弧自动堆焊（PTA）成套设备 ；全
特性简要描述为 ：高铬铸铁耐磨耐蚀，但是有龟裂纹 ； 数字控制脉冲焊机。
钴铬钨合金耐磨耐蚀，由于焊材为焊条，手工堆焊工 辅助设备 ：台车式电阻加热炉 ；专用保温工装。
艺，堆焊层易于产生微裂纹，生产效率低，质量有波动； （2）堆焊工艺
低碳中铬马氏体合金层虽然无裂纹，但是耐腐蚀性低， 根据用户的使用工况及使用寿命要求，我们把无
合金层寿命短。所以，这些合金及工艺方法制造还不 裂纹合金堆焊按两个系列设计，即铁基合金系和钴基
能满足白炭黑胶料对无裂纹合金层密炼机日益增长的 合金系两种堆焊工艺方案。其中 ：
需求，需要研制既耐腐蚀又耐磨损，而且使用寿命又 铁基合金系堆焊工艺为 ：不锈钢焊丝堆焊过渡层
长的无裂纹合金层。 + 高碳高铬合金焊丝堆焊合金层 ；
（1）抗氧化（腐蚀）磨损设计 钴基合金系堆焊工艺为 ：不锈钢焊丝堆焊过渡层
在橡胶密炼过程中，胶料与密炼室内壁的表面产 + 钴铬钨合金焊丝堆焊合金层和等离子弧堆焊合金层。
生滑动摩擦，工件受胶料中腐蚀性物质的影响，表面 （3）预热与保温
氧化膜不断形成和破坏，不断有氧化物自表面剥落。 待堆焊工件的焊前预热和焊中保温是必需的。其
焊材的抗氧化性能是由材料的成分、化学性能、组 作用是预防堆焊过程中产生层间裂纹。根据所选用的
织形态等决定的。焊材中加入可以形成保护膜的 Cr、 合金系不同，采用不同的炉内预热温度和堆焊过程保
Ni、Mo，改善晶间腐蚀的 Ti、Nb 等 [1] ，可以提高合 温方法。
金的耐腐蚀性。Cr 是最常用的元素，价格也相对比较 （4）去应力退火
便宜，含 Cr 量一般应大于 13% 时才能起抗蚀作用， 去应力退火的目的是降低堆焊过程中产生的焊接
Cr 含量越高，其耐蚀性越好。所以，我们在焊材合金 应力，预防变形和防止产生延迟裂纹。
的设计上选择加入 Cr、Ni、Mo、Ti、Nb 等元素。
（2）抗磨粒磨损设计 2 关键件无裂纹合金层研制
橡胶本身有一定的硬度，胶料由大块变成小块， 密炼机的密炼室部件主要由转子、室壁体、卸料
相当于大颗粒物体，另外其他颗粒状、粉状添加物相 门、压坨、挡圈等组成。这些零件与橡胶直接接触的
当于小颗粒，这些颗粒或硬的异物会造成工件表面磨 零件表面都需要进行耐磨耐蚀保护，根据其磨损速率
损。材料耐磨粒磨损性能主要取决于其硬度，尤其是 的大小和磨损的特性不同，分别采用了不同的保护工
磨损后材料的表面硬度，而与其他力学性能无必然关 艺方法。
系。但耐磨性与硬度之间没有单值对应关系。在同样 2.1 转子
硬度条件下，奥氏体、贝氏体的耐磨性优于珠光体和 转子是密炼室中工作环境最差的零件，服役过程
马氏体 [2] 。其他条件相同时，晶体结构为密排六方的 中被胶料包围，要承受扭转、弯曲、温度的交变负荷
材料摩擦系数最低，磨损率也最低，面心立方材料次 的作用。所以，转子的磨损最严重。目前，转子主要
有两种结构形式，切线型（见图 1）和啮合型（见图 2）。
之，体心立方最高。通常认为当材料硬度 H ≥ 1.3H 0
磨料硬度时，只发生轻微的磨粒磨损 [3] 。基于上述理论，
我们来设计耐磨合金层的硬度和厚度 ；基础相组织为
奥氏体，晶格结构为密排六方和面心立方 ；耐磨相组
织为金属碳化物及其合金碳化物。
1.2 堆焊工艺方法
（1）焊接条件
图 1 切线型转子示意图
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