為何粉碎刀上線使用不久即斷裂、有的則不會?是否有不斷裂又能提升使用壽命的方法?－承盛熱處理股份有限公司部落格

客訴處理分享

為何粉碎刀上線使用不久即斷裂、有的則不會?是否有不斷裂又能提升使用壽命的方法?

案由背景詳述:

桃園某家資源回收公司,專門回收廢棄綿狀玻璃纖維再利用,該公司將回收之綿狀玻璃纖維投入圓桶狀之粉碎機,粉碎機之桶底裝配有一組四片的粉碎刀,經由馬達帶動,轉動初期這組粉碎刀是扮演攪拌的作用,此時的玻璃纖維還是綿狀,經由粉碎刀快速旋轉與玻璃纖維產生磨擦發熱,隨著旋轉時間的持續,玻璃纖維也由於高速磨擦而温升至250℃ 左右,此時玻璃纖維由綿狀液化成年糕狀,此時,操作人員倒入常温水,液化成年糕狀之玻璃纖維,因冷熱的瞬間變化引發不規則碎裂,此時繼續再轉動的粉碎刀,即將己碎裂的玻璃纖維粉碎成均一的小顆粒。

前述之案由背景說明是到該公司操作現場,經由負責人親自解說得知,但負責人質疑粉碎刀之材質不好或是熱處理製程不良造成部份刀具提早下線,因此要求協助改善，該公司負責人說:粉碎刀是由南部某製刀廠提供,材質有SKD11、SKD61、SK5三種,且目前尚有一批SK5材十五組不敢使用,問要如何改善?

失效原因分析:

經由資源回收公司負責人解說操作實況得知,粉碎刀在上線使用中必須承受初期拌料所需之扭力要求,及後續高温嗆水,冷熱温差接續的粉碎玻璃纖維所需的耐磨耗要求,因此推演本案使用之鋼材必須符合高扭力、抗温差、高耐磨要求。該公司負責人所說:粉碎刀可能是SKD11、SKD61、SK5這三種材質的一種,這麻煩可大了,因為每一種材質的特性截然不同, SKD11是冷作工具鋼,SK5是彈簧鋼,只有SKD61才是熱作工具鋼。

若是使用SKD11材,因是屬於冷作工具鋼,屬高碳、高鉻合金若是在耐磨耗訴求,SKD11是這三種材質的最佳,但本案須承受高温至250℃ 及瞬間嗆水及攪拌時的高扭力需求,將會使SKD11材脆裂，若是使用SK5材,因是使用在高彈力場合;可使用在冷間切紙板刀及汽車的避振器用途才是正確,且由於是屬高碳高錳合金鋼,但本案是必須承受高温急冷及扭力需求,將易使SK-5材因高温引發硬度下降及嗆水可能引發的開裂。

SKD61材是屬於熱作工具鋼非常適合本案所需的高扭力、抗高温及瞬間嗆水場合,但由於屬中碳鉻鉬合金鋼,耐磨耗則是三種鋼材最差的。

玻璃纖維在綿狀時是軟質,但是在高温糊化後再嗆水會成硬塊,因而產生高硬度,且在高温時會釋放酸氣,因此粉碎刀將承受酸氣侵蝕,及高温、嗆水、扭力等要求。

改善辦法:

經過前述的案由分析,適合本案需求的粉碎刀,必須是抗高扭力、抗高温及高温急冷,耐磨耗及抗酸蝕材,因此建議使用SKD61材,熱處理至HRC52~56之間,必須高温500℃ 以上回火，因SKD61材之抗耐磨耗較差,因此將己熱處理之SKD61材再施以專利無白層氮化或金鋼皮膜提高其表層硬度至HRC70以上,應該可以符合本案之特殊需求。

該公司負責人所說尚有十五組SK5材粉碎刀,經評估是不適合使用,但在新刀具未到之前得先應急使用,因此建議以高於使用温度250℃ 以上之温度進行回火,大約在380℃X2小時,硬度將會落在HRC50~52區間,再就是粉碎處理量必須減少,以避免因粉碎處理量大時的高扭力阻抗,所引發的斷裂,將用來嗆水的水温提升至25℃ 以上,更可以減少刀具斷裂的機率。