Materialkunde für Schrauben und Zylinder: Auswahl der richtigen Legierung für Ihre Anforderungen (ein Leitfaden für Experten)

Bei Barrelize, mit über 30 Jahren Erfahrung in der Herstellung von Schnecken und Zylindern, wissen wir, welche entscheidende Rolle die Materialauswahl für deren Leistung spielt. Die falsche Legierung kann zu vorzeitigem Verschleiß, Ineffizienz und kostspieligen Ausfallzeiten führen.

Verschleißmechanismen verstehen: Ein vielschichtiger Angriff

Schnecken und Fässer stehen ständig unter Belagerung. Hier ist eine Aufschlüsselung der primären Verschleißmechanismen und wie Materialeigenschaften ihnen entgegenwirken:

Adhäsiver Verschleiß: Geschmolzener Kunststoff haftet an den Schneckengängen, was zu Materialübertragung und erhöhter Reibung führt. Legierungen mit geringer Oberflächenadhäsionsenergie, wie nitrierte Stähle mit glatter Oberfläche, minimieren dieses Problem. Für noch mehr Widerstandsfähigkeit sollten Sie eine Verchromung in Betracht ziehen.

Abrasiver Verschleiß: Feste Partikel im verarbeiteten Material kratzen an Schnecke und Zylinder. Hier kommt es auf die Härte an. Aufgekohlte Stähle und Werkzeugstähle wie H-13 zeichnen sich durch einen hohen Chromkarbidgehalt für außergewöhnliche Abriebfestigkeit aus.

Korrosiver Verschleiß: Chemischer Abbau schwächt das Material. Für Prozesse mit korrosiven Chemikalien oder Lebensmitteln sind rostfreie Stähle mit hohem Nickelgehalt wie 316L unerlässlich. Sie bilden eine passive Oxidschicht, die eine weitere Korrosion verhindert.

Reibungsverschleiß: Ständige Reibung erzeugt Wärme und beschleunigt den Verschleiß. Suchen Sie nach Legierungen mit guten Selbstschmiereigenschaften wie Nitralloy®, einem speziell behandelten Stahl, der eine verschleißfeste Nitridschicht bildet.

Alloy Deep Dive: Jenseits der Grundlagen

Während nitrierte, aufgekohlte und rostfreie Stähle Arbeitspferde sind, erfordern fortgeschrittene Anwendungen anspruchsvollere Lösungen:

Superlegierungen: Für extreme Umgebungen sollten Sie Inconel®- oder Incoloy®-Legierungen in Betracht ziehen. Diese Legierungen auf Nickel-Chrom-Basis bieten außergewöhnliche Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Sie zeichnen sich durch die Verarbeitung aggressiver Chemikalien, Polymere und Verbundwerkstoffe aus.

Werkzeugstähle: D2-Werkzeugstahl bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Es ist eine gute Wahl für mäßig abrasive Anwendungen und wenn die Kosten eine Rolle spielen. Allerdings fehlt ihm die Korrosionsbeständigkeit von Edelstählen.

Bimetall-Designs: Hier wird es interessant. Durch die Kombination verschiedener Legierungen in einer einzigen Schnecke oder einem einzigen Zylinder können wir die Leistung in bestimmten Zonen optimieren. Beispielsweise könnte eine Schnecke einen Kern aus nitriertem Stahl haben, um die Gesamtfestigkeit zu erhöhen, und der auf den Flugflächen mit einer verschleißfesten Inconel®-Schicht überzogen ist.

Fallstudie: Leistungsoptimierung in der PET-Verarbeitung

Ein Kunde kam mit einer Herausforderung auf uns zu: Bei seiner Einzelschnecke zur Herstellung von PET-Flaschen (Polyethylenterephthalat) kam es zu einem schnellen Verschleiß der Schneckenflügel. Für die stark abriebfesten PET-Granulat reichte der standardmäßig nitrierte Stahl nicht aus. Unsere Lösung? Ein bimetallisches Schraubendesign. Der Kern bestand aus Festigkeitsgründen aus nitriertem Stahl und war auf den Flügeln mit einer Stellite®-Schicht (Kobalt-Chrom-Legierung) überzogen. Stellite® zeichnet sich durch außergewöhnliche Härte und Verschleißfestigkeit aus und eignet sich perfekt für die PET-Verarbeitung. Das Ergebnis? Deutlich verlängerte Schneckenlebensdauer und verbesserte Produktionseffizienz für unseren Kunden.

Datengesteuerte Entscheidungen: Leistung und Kosten in Einklang bringen

Bei Barrelize nutzen wir reale Daten, um die Materialauswahl zu steuern. Wir unterhalten eine umfassende Datenbank zum Verschleißverhalten verschiedener Legierungen in verschiedenen Anwendungen. Dadurch können wir vorhersagen, wie sich eine bestimmte Legierung in Ihrer individuellen Situation verhält. Hier ist ein Beispiel:

Stellen Sie sich vor, Sie verarbeiten mäßig abrasives PVC (Polyvinylchlorid) bei Temperaturen um 200 °C (392 °F). Unsere Daten zeigen, dass ein aufgekohlter Stahl wie 4140 für diese Anwendung ein gutes Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Kosteneffizienz bietet. Wenn die Temperatur jedoch auf 250 °C (482 °F) steigt, empfehlen wir möglicherweise Nitralloy® aufgrund seiner überlegenen thermischen Stabilität.