榨螺失效分析

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.03.015 北京钢铁学院学报 1985年第3期 榨螺失效分析 北京钢铁学院 王兆昌 姚三九" 河南沈丘机械厂 崔庆喜 摘 要 螺旋式榨油机在我国得到普遍应用。榨螺轴是关键部件。榨螺磨损失效分析 有助于选材及提高榨螺寿命，但还缺乏系统深入研究。 本文分析了榨油机中油料在榨膛的运动特征及榨螺的受力情况，认为榨膛可 以分为三个区，即“进料区”、“预榨区”及“压榨区”。在压榨区，榨膛压力高而 且油料变成高紧实度的“不可压缩体”，因此榨螺受到高应力碾研磨损，而且磨 损最严重。对榨螺的宏观形貌的观察可资证明。 从压榨区的榨螺上取样进行磨面及磨损表层截面的SEM观察表明，榨螺受到 形变磨损、切削磨损、撕裂磨损、疲劳断裂磨损及油液的微区高压冲蚀磨损。切 削磨损是造成榨螺失效的主要原因。合金白口铸铁具有整体高硬度及含有大量高 硬度碳化物，因此制成榨螺杭磨性比渗碳钢更高。 前 言 螺旋式榨油机具有结构简单、适应性强，出汕率高等优点。它是我国粮油加工机械中 较为先进的设备之一，得到普遍应用。根据机械工业部1982年统计，全国共有20多万台这 类榨油机1)。 螺旋榨油机的关键部件是榨螺轴。它担负将油料榨破碎出油的工作。由于榨螺是在 不停地以高压（700~1400kg/cm2)对油料反复碾榨，所以受到高应力碾研磨损及疲劳断 裂磨损，因此榨螺往往过早失效。过去采用渗碳钢榨螺券命仅1800小时，而改用合金白口 铸铁榨螺以后，使用寿命可以提高到3000小时，出油率高，而生产成本仅是渗碳钢榨螺的 2/5。在我国推广使用合金白口铸铁榨螺有重大的经济价值，但仍需研究榨螺磨损失效 的机制，为进一步提高榨螺寿命提供可靠的依据。 榨螺的磨损机制十分复杂。虽然油料的硬度远低于钢铁材料的硬度，但油料经过高压 碾榨可以变成高紧实度及高硬度的“不可压缩体”。由于油料之间及油料与榨膛的摩擦， 碾榨的工作温度常在160℃〔2)，影响着材料组织组成物的硬度。最后榨制生产的油液在 高压下可以对榨螺表面进行冲刷，而且油液还具有一定的腐蚀性，都将使磨损加剧。榨螺 米姚三九现在武汉工学院工作 25

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 甲口 口 口 ， 闯 口 ‘ ‘ 自 ， 曰 口 喇 口 亡 榨 螺 失 效 分 析 北 京钢 铁 学院 王 兆 昌 姚 三 九 河 南沈 丘 机械 厂 崔庆 喜 摘 要 螺 旋 式榨油 机在 我 国得 到普遍应 用 。 榨 螺 轴 是 关键部件 。 榨螺 磨损 失 效 分 析 有助 于选 材及提 高榨 螺 寿命 ， 但 还 缺 乏 系统 深 入研 究 。 本文 分 析 了榨油 机 中油 料 在 榨 膛 的 运动 特征及 榨 螺 的 受 力 情况 ， 认 为 榨脸 可 以 分 为 三 个 区 ， 即 “ 进 料 区 ” 、 “ 预 榨 区 ” 及 “ 压 榨 区” 。 在 压 榨 区 ， 榨膛压 力 高而 且 油 料 变 成 高紧实度 的 “ 不 可 压 缩 体 ” ， 因 此榨 螺 受 到 高应 力碾研 磨损 ， 而 且 磨 损 最 严重 。 对 榨 螺 的 宏 观 形貌 的观 察可 资证 明 。 从 压 榨 区 的榨 螺 上 取样进 行 磨 面及 磨 损 表层 截 面 的 观 察 表 明 ， 榨 螺 受 到 形 变 磨损 、 切 削磨损 、 撕 裂磨损 、 疲 劳断 裂磨 损及 油 液 的 微 区 高压 冲位 磨损 。 切 削磨 损 是 造 成榨 螺 失 效 的主 要 原 因 。 合 金 白 口 铸铁具 有 整体 高硬 度 及含 有 大 量 高 硬 度 碳 化 物 ， 因此 制 成榨 螺 杭 磨性 比 渗碳 钢 更 高 。 前 一飞 口 螺旋式榨油机具有结构简单 、 适 应 性强 ， 出汕率 高等 优点 。 它 是我 国粮油加工 机械 中 较为先进 的设备 之一 ， 得到普遍应用 。 根据 机械工 业部 年统计 ， 全国共有 多万 台这 类 榨油机〔 〕 。 螺旋榨油机的关键部 件是榨螺轴 。 它担负将油料 碾 榨破碎 出油的工 作 。 由于榨螺是在 不停地以 高压 对油料反 复碾 榨 ， 所 以受到 高应力碾研磨损及疲 劳 断 裂磨损 ， 因此榨 螺往往过早失效 。 过去采用 渗碳钢 榨 螺寿命仅 小时 ， 而 改用 合金 白 口 铸铁榨 螺以后 ， 使用 寿命可以 提高到 小时 ， 出油率 高 ， 而生 产成本仅是 渗碳钢 榨螺的 。 在 我国推广 使用 合金 白 口铸铁榨螺有重 大的经 济价值 ， 但仍需研究榨螺磨 损 失 效 的机制 ， 为进一步提高榨 螺寿命提供可靠的 依据 。 榨螺的磨 损机制十分复杂 。 虽然 油料的硬度远 低 于钢 铁材料的硬度 ， 但油料经 过 高压 碾 榨可以 变成高紧实度 及高硬度的 “ 不 可压 缩体 ” 。 由干油料 之 间及油料 与榨胜 的摩擦 ， 碾榨的工 作温度 常在 ℃ 〔 “ 〕， 影响着材料组 织 组成 物的硬度 。 最后榨制生 产 的 油 液 在 高压 下可以对榨螺表面进行 冲刷 ， 而月 油液还具有一定 的腐蚀 性 ， 都将使磨 损加剧 。 榨螺 姚三 九现在武汉 工学院工 作 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．03．015

的磨损是机械作用及物化作用的综合结果。近年来，尽管国内外很多人对榨油机的结构及 榨螺的材质进行了研究改进，使榨螺的寿命有所提高〔2一7〕，但对榨螺的磨损机制 尚无系统深入的研究。本文应用磨料磨损原理对榨螺的磨损进行了分析。首先分析榨油机 榨膛的结构，榨螺的受力情况和磨损类别，以后对在压榨区榨螺的磨面及磨损表层进行了 SEM观察，从而推论榨螺的磨损机制及进-一步提高合金白口铸铁榨螺寿命的途径。 一、榨螺受力的分析 螺旋榨油机中碾榨工作是在榨膛中进行。榨膛是由许多榨条或内腔呈径向锯齿状的圆 排所组成的一个多棱体的圆柱形空腔（图1）。榨螺轴位于榨膛中，当榨螺轴旋转时，油 料被推动向前。因为榨膛与榨螺之间的空间逐渐缩小，油料的体积不断被压缩及榨出油液。 榨螺轴是由多节榨螺组合而成，但小型榨油机的榨螺轴则为一个整体的螺旋。不同型号的 控汕机的榨螺除尺寸大小不同外，结构型式基本不变。 油料对榨螺轴及榨膛施加的压力称为榨膛压力。这个压力随油料被推动向前及被压缩 而逐渐增加。作用在榨螺表面上的局部压力P是常数，可以认为等于各处的榨膛压力（图 2)。在整个榨螺轴上，各个榨螺所受的接触压应力在榨膛的各个区域就不相同。根据油料 逐渐被压榨的情况，榨膛全长可以分为三个不同区域，即进料区(I区)，予榨区（Ⅱ 区)及压榨区（Ⅲ区）。榨螺所受油料作用压力及受到的应力从I区到Ⅲ区不断增加。 螺轴出饼 fa控条 Pa 控螺 进料区预控区庄控区 (I区) (I区)1（夏区） 图1榨膛结构示意图 图2榨螺受力简图 作用在榨螺上的另一个力为油料在榨螺表面运动时产生摩擦而引起的摩擦阻力f。榨 膛对油料前进也会产生靡擦阻力，。由于榨膛内壁为多梭体，要比榨螺表面粗糙。f,>f。 使油料在榨膛内前进时产生翻转运动及作用于榨螺的力更为复杂。（尽管在榨膛的各个区 城受力不同)，作用在榨螺上，主要是接触压力。 二、榨螺轴磨损的宏观分析 从上述榨螺受力的分析可以肴出，榨条和榨螺夹持油料并将其碾榨破碎，构成了三体 磨损系统（图2），榨螺表面上受到磨料（油料）的集中压力，而材料受到集中压应力。由 于初始油料的破碎强度小，在进料区内榨膛受到压力较小，油料基本呈松散的颗粒状存在， 26

的磨 损是机械作 用及物 化作 用的综 合结果 。 近 年来 ， 尽管国内外很 多人对榨油机的结 构及 榨螺的材质进行了研究和改进 ， 使榨螺 的寿 命 有所提高 〔 一 〕 ， 但对 榨螺的磨损机制 尚无系统深人的研究 。 本文 应用磨料磨损原理对榨螺的磨损进行 了分析 。 首先分析榨油机 榨膛的结构 ， 榨螺 的受 力情况和磨 损类别， 以后对在 压 榨 区榨螺的磨面及磨 损表层进行 了 观察 ， 从而 推论榨螺的磨损机制 及进 一步提高合金 白口铸铁榨螺寿命的途径 。 一 、 榨螺受力的分析 螺旋榨油机中碾榨工作是在榨膛 中进行 。 榨 膛是 由许 多榨条或 内腔呈径 向锯齿状的 圆 排所组成的一个多棱体的 圆柱形空腔 图 。 榨 螺轴位于 榨膛 中 ， 当榨螺轴旋转时 ， 油 料被推动 向前 。 因为 榨膛与榨螺之 间的空 间逐渐缩小 ， 油料的体积不断被压 缩及榨 出油液 。 榨螺轴是 由 多节榨螺组合而 成 ， 但小型 榨油机的榨螺轴 则为一个 整体的螺旋 。 不同型号 的 榨油机的榨螺除尺 寸大小不 同外 ， 结构型式基本不 变 。 油料 对榨螺轴 及榨膛施 加的压 力称为榨膛压 力 。 这个压力随油料被推动向前及被压缩 而 逐渐 增加 。 作 用在榨螺表面上的 局部压 力 是常数 ， 可 以认 为等于各 处 的榨膛压力 图 。 在整个榨螺轴上 ， 各 个榨螺所 受的接触压 应力在榨膛的各个区域就不相同 。 根据油料 逐渐 被压 榨的情况 ， 榨膛全长可以分为三个不 同区域 ， 即进料区 区 ， 予 榨 区 区 及压榨区 区 。 榨螺所受油料作用压 力及受到 的应力从 工区到 班 区不断增加 。 赢鼎燕等 二 ‘ 械 ， ， 之 刁 川 万 一 飞 榨 条 图 榨膛结 构示意图 图 榨螺受力简图 作用在榨螺上的 另一 个力为油料在 榨螺表面运 动时 产生 摩擦而 引起 的摩擦阻力 、 。 榨 膛 对油料前进也 会产生 摩擦阻力 。 由于榨膛 内壁为 多棱体 ， 要 比榨螺表面粗糙 。 、 使油料在榨膛 内前进时 产生翻转运动 及作用于榨螺的力更为复杂 。 尽管在榨 膛的各个 区 域受力不 同 ， 作用在榨螺 上 ， 主要是接触压 力 。 二 、 榨螺轴磨损的宏观分析 从 上述 榨螺 受力的分析可以看 出 ， 榨 条和榨螺夹持油料并将其碾 榨破 碎 ， 构成了三体 磨损系统 图 ， 榨螺表面上 受到磨料 油料 的集中压 力 ， 而 材料受到 集中压 应力 。 由 于初始油料的破碎强 度小 ，在进料 区 内榨膛受到压 力较小 ，油料基本呈松散的颗粒状存在

因而作用在榨螺中的接触压应力及摩擦应力均不大，油料也几乎不侵入榨螺表面以内，即 使侵入也很浅。榨螺受到的是低应力划痕磨损，磨损量很小。即使油料带入少量硬质点 (如砂粒)由于榨膛压力小，对榨螺的磨损作用也很小。在I区内榨螺只是受到均匀的抛 磨，磨损面平滑光亮，看不到任何明显的沟痕（图3）。 图3榨螺轴使用前后的宏观形貌 上图 下图 在Ⅱ区内，榨膛压力增高使油料的塑性变形加剧，油液开始渗出。油料被压紧后坚实 度增加。紧实油料及硬质点在高压下侵入榨螺更深使材料的形变加大并易于产生开裂。油 料与榨螺间的摩擦加大，使榨螺所受到的摩擦应力也加大，使榨螺被撕裂。在Ⅱ区内，榨 螺受到低应力划痕磨损，而在该区的后段，榨螺表面上出现一些浅而短的无规则的小磨 沟。 进入Ⅲ区以后，油料已被压榨到很大程度，所含的油脂已大部份渗出，油料已变成所 谓“不可压缩体”〔2〕。这种流体再继续受到压榨时，变形的可能性很小。它们在榨膛 内作直线位移运动和翻转运动。不可压缩体组成的硬质团与镶嵌在它上面的硬质点在高压 力下深侵人榨螺，会引起材料的形变，断裂和对材料进行切削。在此区内榨螺受到高应力 碾研磨损。榨螺的宏观磨损面上有许多明显的与汕料运动方向相一致的较长且深的沟槽及 混乱分布的磨坑。这些沟槽一般呈半椭圆形，表面较粗糙，表明油料不可压缩体的混乱运 动。在榨螺的根部转角处磨损更为严重，则可能山于该处磨料堆集更紧，压力更大。在三 个区中Ⅱ区的磨损最严重。 三、榨螺磨损的微观分析 榨螺轴的使用寿命决定于压榨区榨螺的耐用性，所以从该区榨螺取样进行做观分析。 试样均取自68型榨油机榨螺，油料为大豆，榨螺材料有渗碳钢及合金白口铸铁，但主要对 合金白口铸铁榨螺的磨损进行微观分析，因为它有广阁的发展前途。进行磨面观察的试样 均用煤油和丙酮仔细清洗掉附着在磨面上的油污。进行磨损表层垂直截面观察的试样，均 用环氧树脂镶嵌以防磨损而受到例角损伤。试样的显微观察均在S一550SEM上进行。 根据大量试样的观察及分析可以推论榨螺的磨损山下列机制组成，即()形变磨损， 27

因而 作用 在榨螺中的接触压应力及摩擦 应力 均不大 ， 油料也 少 乎不侵入 榨螺表面以 内 ， 即 使侵人也很 浅 。 榨螺 受到 的是低应力 划痕磨 损 ， 磨 损量很 小 。 即 使油料带入 少 量 硬 质 点 如砂粒 由 于榨膛压 力小 ， 对 榨螺的磨损作 用也很小 。 在 区 内榨螺只是受到均匀的抛 磨 ， 磨 损面平滑光 亮 ， 看 不到任何 明显的沟痕 图 。 图 榨螺轴 使用前后的宏 观形貌 上图 下图 在 区 内 ， 榨膛压 力增高使油料的 塑性变形 加剧 ， 油液开 始渗 出 。 油料被压紧后坚实 度 增加 。 紧实油料及硬质点在 高压 下侵人榨螺更 深使材料的形 变加 大并 易于产生开裂 。 油 料 与榨螺间的摩擦加 大 ， 使榨螺所 受到的摩擦应力也加 大 ， 使榨螺被 撕裂 。 在 区 内 ， 榨 螺受到低应力划痕磨损 ， 而在该 区的后段 ， 榨螺表面 出现一些 浅而短 的无规 则 的 小 磨 沟 。 进人 区以后 ， 油料 已被压榨到很 大程 度 ， 所含的油 脂 已大部份渗 出 ， 油料 已变成所 谓 “ 不 可压缩 体 ” 〔 〕 。 这 种流体再继续受到压 榨时 ， 变形 的可 能性很 小 。 它们在榨膛 内作直线 位移运 动和翻 转运 动 。 不 可压 缩体组成的硬质 团与镶 嵌在它 上面的硬 质点在 高压 力 下深 侵人榨螺 ， 会 引起材料的形 变 ， 断裂 和对材料进行切 削 。 在 此 区 内榨螺受到高应力 碾研磨损 。 榨螺的宏观磨损面上有许 多明显 的与油料运 动 方 向相一致 的较长且深 的沟槽及 混乱分布的磨坑 。 这些沟 槽一般 呈半椭 圆形 ， 表面 较粗糙 ， 表明油料 不 可压缩 体的混乱运 动 。 在榨螺的根部转 角处磨损更为严重 ， 则可 能 由于该处磨料堆集更紧 ， 压 力更大 。 在三 个区中 区的磨损 最严重 。 三 、 榨螺磨损的微观分析 榨螺轴的 使用 寿 命决定 于压 榨区榨螺的耐用性 ， 所 以从 该区 榨螺取 样进 行微观分析 。 试样均取 自 型榨油机榨螺 ， 油料为 大豆 ， 榨螺材料 有渗碳钢 及合金 白 口 铸铁 ， 但主要 对 合金 白 口 铸铁榨螺的磨 损进行微观分析 ， 因为它 有 广 阔的发展前途 。 进 行磨面观察的试 样 均用煤油和丙 酮仔细 清洗掉附着在磨面上 的油污 。 进行磨 损表层垂 直截面观察的试样 ， 均 用 环 氧树脂镶 嵌以防磨 损而受 到 倒角损伤 。 试样的 显 微观察均在 一 上进行 。 根 据大量 试样的 观察及分 析可 以推论 榨螺 的磨 损 山下 列机 制组 成 ， 即 形 变磨 损

(b)切削磨损及撕裂磨损，(c)疲劳断裂磨损及(d)油液的高压冲蚀磨损。 (a)形变磨损一不可压缩体在高压下侵入榨螺表面，使材料表层形成一个个挤压 坑。由于材料发生塑性流变，在坑边周围形成凸起。这在渗碳钢榨轴表现更为明显（图 4)。这些坑都是不规则的形状。白口铸铁榨螺表面也有挤压坑，但盘较少而且深度较浅 (图5)，外轮廓也较不规则。在白口铸铁榨螺挤坑的周围尖角部位会产生一些微裂纹 (图6)。 图4 钢榨螺表面的挤 图5 白口铸铁榨螺表面的 图6白口铸铁榨螺挤压 压坑2000× 挤压坑1000× 坑边微裂2000× 白口铸铁榨螺材料是复相组织。在袖料的高压作用下，软的珠光体首先发生较大的塑 性形变，而硬的渗碳体也要产生一定的形变。初步测定结果表明，在磨损表层中渗碳体的 平均微应变是|△a/α≈0.06%。正是由于白口铁两个组成相的硬度差别大，受压后的形 变量差别也大，才易于在白口铸铁榨螺产生组织微裂纹。 榨螺材料受到油料的作用力会顺着油料运动方向发生塑性流变及材料的堆积。由于形 变后的材料已经加工硬化，继续发生流变更为困摊，只能是后面的材料再发生流变及堆 积。大量的磨料使大面积的材料产生流变及堆积就使磨面呈现不规则的波纹状（图7），是白 口铸铁榨螺表面的流变波纹。渗碳钢榨螺表面也有材料的流变及堆积（图8）。在渗碳层 被磨掉以后，钢的流变波纹更为明显（图9）。 已经工硬化堆积的材料，弹性极限升高而塑性形变能力降低，就更易于在磨料的作 用下产生开裂。 (b)切削磨损及撕裂磨损一一高硬紧实的不可压缩体及镶嵌在上面的硬质点都带有 许多锐利的棱角。当它们侵入榨螺并沿榨螺表层运动时，就好比切削刀具对材料进行切 削，使榨螺表面显示出沿油料运动方向的一系列长而深的犁沟。沟内材料被推挤到沟的 两侧及前方，形成“沟唇”。沟唇在白口铁及渗碳钢的榨螺表面不明显，而在渗碳层磨掉 后钢的榨螺表面则十分明显。在渗碳层被腾掉的钢，犁沟更宽而且更深，所以磨损显著加 速（图10、11及12）。 28

切 削磨损及撕裂磨损 ， 疲劳断裂磨损及 油液的高压 冲蚀磨损 。 形 变磨 损－ 不可压缩体在高压 下侵人榨螺表面 ， 使材料表层形成一个个挤 压 坑 。 由于 材料发生 塑性流变 ， 在坑边周 围形成凸起 。 这 在渗碳钢榨轴 表现 更 为 明 显 图 。 这些 坑 都是不规 则的形状 。 白 口铸 铁榨螺表面也 有挤压 坑 ， 但量较少而且深度较浅 图 。 ， 外轮廓也较不规则 。 在 自 日铸铁 榨螺挤压 坑 的周 围尖角部位会产生一些微裂纹 图 。 图 钢 榨螺表面 的挤 图 白 口铸铁榨螺表面 的 压坑 只 挤压坑 图 白口铸铁榨螺挤压 坑边微裂 自 口 铸铁榨螺材料是 复相组织 。 在 油料的 高压 作用 下 ， 软 的珠光体首先发生 较大的塑 性形 变 ， 而 硬 的渗碳 体也要 产生一定的形 变 。 初 步测定结果表 明 ， 在磨 损表层 中渗碳 体的 平 均微应变是 △ 、 。 。 正是 由于 白 口 铁两 个组 成相的硬度差 别大 ， 受压后的形 变量差别也大 ， 才 易于在 白 口铸铁榨螺产生组织 微裂纹 。 榨螺材料受到油料的作用力 会顺着油料运动方 向发生 塑性流 变及材料 的堆积 。 由于形 变后的材料 已经加工 硬 化 ， 继续发生流变更 为 困难 ， 只 能是后面的材料再发生 流 变 及 堆 积 。 大量的磨料 使大面积 的材料产生流变及堆积就使磨面呈现不规则的波纹状 图 ， 是 白 口 铸铁榨螺表面的流 变波纹 。 渗碳钢榨螺表面也有材料的流 变及堆积 图 。 在渗碳层 被磨掉以后 ， 钢的流 变波纹更为 明显 图 。 已经加工 硬 化堆积的 材料 ， 弹性极限升高而塑 性形 变能力降低 ， 就更 易于在磨料的作 用 下产生 开裂 。 切 削磨 损及 撕裂磨损 一一 高硬 紧实 的不可压缩体及镶 嵌在上面的硬质点都带 有 许多锐利 的棱 角 。 当它们侵入榨螺并沿榨螺表层运动 时 ， 就好 比切 削刀具对材 一 料 进 行 切 削 ， 使 榨螺表面显示 出沿 油料运动 方 向的一 系列长而深的 犁沟 。 沟 内材料被推 挤 到 沟 的 两侧及前方 ， 形成 “ 沟唇 ” 。 沟唇在 白 口 铁及渗碳钢 的 榨螺表面不 明显 ， 而在渗碳层磨掉 后钢 的榨螺表面则十分 明显 。 在渗碳 层被磨 掉的钢 ， 犁沟更宽而 且更深 ， 所 以磨损 显著加 速 图 、 及

料T白口铁榨螺花面图8参酸钢榨螺表的 图9渗碳层磨掉钢格螺 的流变波纹300× 材料堆积2500× 表面的流变波纹300× 图10白口铸铁榨螺表面的 图11 渗碳钢榨螺表面的 图12渗碳层磨掉后钢榨螺 犁沟800× 犁沟1000× 表面的犁沟500× 由于白口铸铁是由硬的碳化物相及软的珠光体相所组成，磨料的锐利楼角在高压下将 对此材料进行显微择优切削，即首先将软的组成物磨掉。突起在工作面以上的硬的碳化吻 成为抵抗磨损的骨干。图13表明，白口铸铁榨螺的磨面主要是山碳化物覆盖保护。图14白 口铸铁表面梨沟的各个部位进行能谱分析得出结果如下 Si P Nb 点3（犁沟底部）0.180.000.00 点2（片状磨屑)2.853.290.79 点1（沟边堆积)1.041.550.00 它可以判明沟底为碳化物。 29

针 白「铁 榨螺 友而 的流变波纹 只 一 杯苏，于、 二 一 二 ，，，气 艺刁用匕万 ， 务 、 迄碑砚 理卿 图 才多谈书咕榨螺表而 的 材料堆积 。 又 毛 渗碳 层磨掉后钢 榨螺 表面的流变波纹 图 白 口 铸铁榨螺表面的 犁沟 又 图 渗碳钢 榨螺表面 的 图 渗碳层磨掉后钢榨螺 犁沟 表而 的 犁沟 由于 白 口 铸铁是 由硬 的碳 化物相及软 的珠 光 体相所组 成 ， 磨 料的 锐利 棱 角在高压 下 将 对此 材料进行显微择优切 削 ， 即首先将软 的组 成物磨 掉 。 突起在工 作面 以上 的硬 的 碳 化物 成 为抵抗磨 损的骨干 。 图 表 明 ， 白 口铸铁榨螺 均磨 面主要是 由碳 化物覆盖 保护 。 图 自 口 铸铁表面犁沟 的各个部位进行 能谱分析得 出结 果如 下 了 曰 … 目︸ 八︺匕一 … 点 犁沟 底部 点 片状磨屑 点 沟 边堆积 它可 以判 明沟 底为碳化物

图13白口铸铁榨螺磨损表层截面的组 图14白口铸铁榨螺表面犁沟及定 织组成200× 点分析4000× 脆性的渗碳体突起在工作面上受到料的冲撞还会折断或脱落。白口铸铁组织中出现 石墨夹杂对抗磨不利。 油料沿榨螺滑动时，在磨料运动的前方及下方，榨螺材料受到应力，而在运动的后方材 料受到牵引造成的张应力。白口铸铁的抗张强度十分低，易于被撕裂。这类裂纹不一定顺 油料运动的方向而更倾向于横过磨料运动方向（图10）。渗碳钢榨螺被磨料撕裂的情况较 少。 (c)疲劳断裂磨损一一油料在高压下侵入则引起榨螺材料的塑性形变。即使在较低 压力下，也会引起材料的弹性形变。袖料与榨螺的弹性接触使材料受到弹性压应力，并在 表面以下产生赫兹剪切应力〔8〕。由于一个个油料硬质团不断向前滑动及翻动，在局部 地点榨螺材料受到重复交应的应力循环，因此在材料内部相界面或夹杂物等应力集中点会 萌生疲劳裂纹。裂纹开始沿磨料运动方向，平行于磨面广展，但超过一定大小以后还会向 表面延伸。裂纹在榨螺表面交织则形成疲劳裂纹网（图15)，使材料发生剥落，产生片状 磨屑（图16）。这些片状磨屑经过能谱分析含硅2.64%，可以判明来自金属基体。 图15白口铸铁榨螺表面疲劳裂纹1网1500× 图16白口铸铁榨螺片状磨屑5000× 30

图 白 口铸铁榨螺磨损表层截面的组 织组成 火 图 白 口铸铁榨螺表面犁沟 及定 点分析 脆性的渗碳体突起在工 作面上受到磨料 的 中撞还 会折 断或脱落 。 白 口铸铁组 织 中 出现 石墨夹杂对抗磨不利 。 油料沿榨螺滑动 时 ， 在磨料运动 的前方及下方 ， 榨螺材料受到应力 ，而在运动 的后方材 料受到牵引造成的张应力 。 白 口铸铁的抗张强度十分低 ， 易于被撕裂 。 这类裂纹不一定顺 油料运动的方向而更倾向于横过磨料运动方向 图 。 渗碳钢榨螺被磨料撕裂 的情况较 少 。 疲劳断裂磨损－ 油料在高压 下侵入 则 引起榨螺材料的塑 性形 变 。 即使在 较 低 压力下 ， 也会引起材料的弹性形变 。 油料与榨螺的弹性接触使材料受到弹性压 应力 ， 并在 表面以下产生赫兹剪切应力 〔 〕 。 由于一 个个油料硬质团不 断向前滑动及翻动 ， 在局部 地 点榨螺材料受到重 复交应的应力循环 ， 因此在材料 内部相界面或夹杂物等应力集 中点会 萌生疲劳裂纹 。 裂纹开始沿磨料运动方 向 ， 平行于磨面扩展 ， 但超过一定大小以后还 会向 表面延伸 。 裂纹在 榨螺表面交织 则形 成疲劳裂纹 网 图 ， 使材料发 生剥落 ， 产生 片状 磨屑 图 。 这些 片状磨屑经 过 能谱分析含硅 ， 可 以判 明来 自金 属基体 。 图 白 口 铸 铁榨螺表而疲 劳裂纹 网 丫 图 白 口 铸 铁榨螺 片状磨屑 又

榨出油液可以加速疲劳裂纹的扩展。当磨面形成疲劳裂纹以后，油液由于毛细管作用 将被吸附在裂纹的内壁。当榨螺再受到汕仙料的作用时，裂纹开「封闭，使裂纹内封闭住的 油液如同楔子以极大的挤压力作用在裂纹的内壁及顶端，促使裂纹加速向前扩展。 (d)油液的微区高压冲蚀磨损一一榨出的油液与固体油料混在一起，存在于榨膛内。 榨膛的高压力使油液在高压下冲向榨螺，造成榨螺表面较大而边界圆滑的冲压坑（图 17)。另外油液受到高压也可能沿榨螺向低压区幅射散开（图18）。高压高速的油液射流 能够强烈地将任何表面上的不平地点及开裂地点的材料冲刷切割。 图体颗粒 P 油液 2552720KU 分2 品 图17白口铸铁榨螺表面油液冲压坑5000× 图18油液高速冲刷示意图 根据现行榨油工艺规定，油料人榨时必须保持一定的水份。这部份水在受到高压时也 会产生如前所述的冲刷切割作用。 在油液及水份存在时，磨损必然伴有腐蚀。由于腐蚀与磨损的综合作用，材料的磨损 速率显著加大。存放较久的油料榨出的油呈弱酸性也将对金属腐蚀。 从榨螺磨损的微观分析可见，榨螺受到一般的磨料磨损也受到一些特殊的磨损。主要 的磨损机理仍是静压形变磨损及高应力切削磨损。腐蚀对磨损起加速作用。 结 论 通过上述分析可以得出下列结论： （a)根据榨袖工作情况，榨膛可以分为三个区域，即进料区、子榨区及压榨区。在 三个区中，压榨区内榨螺的磨损最严重，决定榨螺的使州寿命。 (b)在压榨区内，形变磨损及切削磨损起主要影啊。腐蚀加速磨损。「口铸铁榨螺 具有整体高硬度及高硬度的碳化物，能更好地抵抗磨料的静压入及磨粒的切削，因此比渗 碳钢膛螺更耐用。 (c)提高榨螺使用寿命除改进材质，提高白口铸铁的强度及韧性外，还应重视油料 榨前处理，尽量避免硬的杂物混入。另外对榨膛压力应设计合理，慨保证出油率高而又不 致造成榨及榨螺过量磨损。 31

榨 出油液可以加速疲劳裂纹的扩展 。 当磨面形成疲劳裂纹以后 ， 油液 由于毛细 管作用 将被吸附在裂纹 的内壁 。 当 榨螺 再受到 和料的作用时 ， 裂纹 开 「封闭 ， 使裂纹 内封闭住的 油液如同楔子 以极大的 挤压 力作用在裂纹 的内壁及顶端 ， 促使裂纹加速向前扩展 。 油液 的微区 高压 冲蚀磨损－ 榨 出的油液与 固体油料混在 一起 ， 存在于榨膛 内 。 榨膛的 高压 力使油液在 高压 下冲 向榨螺 ， 造成榨螺表面较大而边 界 圆 滑 的 冲 压 坑 图 。 另外 油液受到 高压 也可 能沿 榨螺 向低压 区幅射散开 图 。 高压 高速的油液射流 能够强 烈地将任何表面上的不 平地 点及开裂 地 点的 材料 冲刷切割 。 处噢旦 ’ ‘ 一‘ 司二、 ，一液体 油 液 图 白 口铸铁榨螺表面油液 冲压 坑 水 图 油液 高速 冲刷示意图 根据 现行榨油工 艺规定 ， 油料人榨时必须 保持 一定的水 份 。 这部份水在受到高压 时也 会产生 如前所述 的 冲刷切割 作用 。 在 油液 及水 份存在时 ， 磨 损必然伴有腐蚀 。 由于腐蚀与磨 损的综 合作用 ， 材料 的磨 损 速率显著加 大 。 存放较久的油料榨 出的 油呈 弱酸性也 将对金 属腐蚀 。 从 榨螺磨 损的微观分析可见 ， 榨螺受到一般 的磨料磨 损也受到一些 特殊的磨损 。 主要 的磨损机理仍是静压 形 变磨损及高 应力切 削磨损 。 腐蚀 对磨损起加速作用 。 结 论 通 过上述分 析可 以 得 出下 列结论 根据榨油工作 情况 ， 榨膛 可 以分为三个 区域 ， 即进料 区 、 二予榨区及压 榨区 。 在 三 个区 中 ， 压 榨区 内榨螺 的磨 损最严重 ， 决定 榨螺的 使用寿命 。 在压榨区 内 ， 形 变磨损及切 削磨损起主要 影响 。 腐蚀加速磨 损 。 自 铸铁 榨 螺 其有整体高硬度 及 高硬度的碳化物 ， 能更好地抵抗磨料的静压 人及磨粒的 切 削 ， 因此 比渗 碳钢 膛 螺更耐用 。 提高榨螺使用 寿命除改进材质 ， 提 高白 口铸铁的强度 及韧 性外 ， 还应重 视 油 料 榨前处理 ， 尽量避免硬 的杂物混 人 。 另外对榨膛压力应设计合理 ， 既保证 出油率高而 又不 致造 成榨膛及榨螺过量磨损

参考文献 〔1〕机械工业部(82)农付字第209号文 〔2〕倪培德： “压榨法取油及有关理论问题”《油脂科技》1、(1982) 〔3〕田仁林： “动力螺旋榨油机压榨法”《谷类油脂》科学出版社(1983) 〔4〕陈导民、李泗金：“CrMoCuj耐磨合金榨螺简介”《油脂科技》2，(1980) 〔5〕杨政栋：“国外榨油机械现状”《花生机械》1，(1983) 〔6〕黑龙江农付产品加工机械研究所：《榨油机械设备技术交流总结报告》12，(1982) 〔7〕王厚明、倪德印：“榨油机榨螺的气体渗碳法”。《油脂科技>4，(1983) 〔8〕王兆昌：《金属的磨损与耐磨性》，（北京钢院讲义）·(1976) Wear Failure Analysis of Squeezing Sleeves Wang Chaochang and Yao Sanjiu Beijing University of Iron and Steel Technology Tsui Chinghsi (Shenqu Machine Building Plant,Henan ABSTRACT Spiral seed squeezing machines are commonly used in our country to pro- duce vegetable oil.The spiral squeezing sleeves slipped onto the axis are the main parts doing the work of squeezing the seeds.The wear life of them shall be very important to the effective service of the machine The ear failure analysis of these sleeves was done in this paper.The squeezing chamber in the machine can be divided into 3 zones,namely,"feeding zone","presqueezing zone"and"squeezing zone".Because the squeezing pressure in the last zone is high and the seeds become highly compacted "non-compressible bodies"the sleeves in that zone are sustaining high stress grinding wear and wears fast This is proved by the wear morphology of thesc sleeves.Wear failure anal- ysis is miainly done on them,The SEM examinations of the wear face and section through the subsurfacc show that the wear mechanisms of the slce- ves are,deformation wear mechanism,cutting wear mechanism,tearing wear mechanism and fatigue wear mechanism by non-compressible bodies and high pressurc crosive wear mechauisin by liquid oil produced.The main causes of failure are the former two mechanisms,Alloy white cast iron con taining carbide of high hardness and having high macro-hardness was sugg- ested to make those sleeves to replace carburized steel and proved to be much more cost effective. 32

参 考 文 献 〔 〕 机械工 业部 农 付字第 号文 〔 〕 倪培德 “ 压 榨法取油及有关理论 问题 ” 《 油脂科技 》 、 〔 〕 田仁林 “ 动力螺旋 榨油机压 榨法 ” 《 谷 类油脂 》 科学 出版社 〔 〕 陈导民 、 李泅金 “ 耐磨合金 榨螺简介 ” 油脂科技 ， 〕 杨政栋 “ 国外榨油机械现状” 《 花生机械 》 ， 〔 〕 黑龙江农付产品加工 机械研究所 榨油机械设备技术交流总结报告 》 ， 〔 〕 王厚 明 、 倪德印 “ 榨油机榨螺的气体渗碳法 ” 。 《 油脂科技 ， 〔 〕 王兆 昌 《 金属的磨损与耐磨性 》 。 北京钢 院讲义 丫 几 五 ， 住 爪 可 ， ， ， ， “ ” “ ” 一 ” 一 一 。 ， ， 五 一 、 ， ’ “ 扭 、 、 丫 一