ステンレススチールインペラー | カスタム投資キャスティングソリューション

1. 導入

ステンレス鋼のインペラは、ポンプの重要なコンポーネントです, コンプレッサー, およびTurbomachinery, 回転エネルギーを流体に伝達します.

それらのジオメトリ - 燃えた羽根, 厳しい公差, 滑らかな油圧表面 - 効率に直接影響します, サービスライフ, と信頼性.

この記事では、その方法について説明します 投資キャスティング 精密なステンレス鋼のインペラを届けます, 合金の選択の分析, プロセスフロー, 重要な慣行, 後処理, 品質保証, そして、この方法が代替とどのように比較されるか.

2. ステンレススチールインペラーの投資キャスティング?

ステンレス鋼 インペラーは高い回転速度に耐える必要があります, 油圧荷重, 腐食, そして多くの場合, キャビテーション.

それらのパフォーマンスは、正確なジオメトリに大きく依存します, 滑らかな油圧表面, および冶金の完全性.

インベストメント鋳造, 失われたワックスプロセスとも呼ばれます, デザインの柔軟性のバランスを提供するため、ステンレス鋼のインペラのための最も効果的な製造ソリューションの1つとして登場しました, 精度, およびマテリアルパフォーマンス.

投資キャスティングの重要な利点

複雑なジオメトリ機能

インペラは湾曲した羽根を備えています, 中空のハブ, 砂の鋳造や機械加工を介して達成することが困難または不可能な薄い壁のセクション.

投資キャスティングは、ほど低い厚さで複雑なCADデザインを再現します 2.0–2.5 mm, 高度な油圧デザインをサポートします.

優れた表面仕上げ

投資キャストステンレス装備は、のアシュスト表面粗さを達成します RA1.6-3.2μm, に比べ RA6.3-12.5μm 砂鋳造用.

これにより、二次研磨要件が削減され、ポンプの効率が向上します 2–3％, 脱塩や石油化学物質のようなエネルギー批判産業の大幅な利益.

高次元精度

典型的な公差はそうです ±0.1〜0.2 mmあたり 25 mm, ボアホールの機械加工を最小限に抑えます, キーウェイズ, シーリングサーフェス.

大量生産用, 再現性により、バッチ全体で一貫した油圧パフォーマンスが保証されます.

材料の柔軟性

投資キャスティングは、幅広いステンレス鋼で機能します, 経済的なオーステナイトグレードから (304/316) 二重および沈殿する合金へ.

これにより、インペラのカスタマイズが可能になります 塩化物が豊富な海水, 研磨スラリー, または高圧オイル & ガスポンプ.

材料利用 & コスト効率

ネットの近くの生産により、原材料の廃棄物が減少します 50–70％ ビレットまたはプレートからの機械加工材料と比較してください, 中程度から高生産量に費用対効果が高い.

トレードオフと考慮事項

• ツーリングコスト
  インペラのワックス噴射ツールは、費用がかかります $5,000 - 20,000ドル, 複雑さによって異なります.
  これにより、投資キャスティングは1回限りのプロトタイプにとって魅力的ではありませんが、リピート生産には非常に効率的です.
• リードタイム
  セラミックシェルの構築には必要です 7–10レイヤー, それぞれが数時間の乾燥サイクルを備えています, 生産サイクルを拡張します 2–4週.
  CNCの機械加工は、緊急のプロトタイプ配信の方が速い場合があります.
• キャスティング後の処理
  高い精度でも, 投資キャストインピーラーが必要です dynamic balancing ISOに 1940 G2.5 – G6.3 H7耐性を達成するためのハブボアの標準と機械加工.

3. インペラ用の典型的なステンレス合金

インペラのためのステンレス鋼合金の選択は、腐食抵抗に直接影響します, 機械的強度, ライフサイクルコスト.

さまざまなポンプアプリケーション - 海水処理から化学投与まで - 特定の動作環境に合わせた需要のある合金.

ステンレス鋼合金比較テーブル

合金選択ガイドライン

• 海水/塩素化水: Prenに優先順位を付けます >24 (316l, 二重 2205). 316l過去5〜8年と海水の衝突者. 2–3年 304.
• 高圧 (>100 バー): 17-4 ph (熱処理) またはデュプレックス2205 - その降伏強度 (>450 MPA) インペラーの変形を防ぎます.
• 高温 (>600°C): 304/316l (最大870°C) - デュプレックスを避けてください 2205 (315°Cに制限されています) そして 17-4 ph (600°Cを超えて柔らかくなります).

4. インペラの投資キャスティングプロセスフロー

1. ツーリング & パターン - CNCマスターパターンまたは複雑なプロファイル用の3Dプリント樹脂パターン. 収縮補償を制御します.
2. ワックスインジェクション & ゲーティング - 正確なワックスショット, アセンブリ用の堅牢なステム. ワックスツーリング許容範囲は、Vane Geometryの重要です.
3. 組み立て (ワックスツリー) - ランナーの長さを最小化して乱流を減らし、包含を最小限に抑える.
4. シェルビルディング - 6–10セラミックシェル; 注ぎの歪みを避け、適切な冷却速度を有効にするために選択されたシェルの厚さ. シェルのひび割れを避けるために制御された乾燥プロファイル.
5. デュワックス & シェルファイリング - 有機物を除去するために、制御された脱ワックスと高温発火. シェル予熱温度は注ぐ挙動に影響します.
6. 溶融 & 注ぐ - 溶融練習 (真空/誘導/AOD) 清潔さと固化に重要な温度/技術.
7. 冷却 & シェイクアウト - 制御された冷却は熱衝撃を避け、内部応力を軽減します.
8. 切り落とす & グリース - ゲートを取り外します, 歪みを最小限に抑えます.
9. 熱処理 - Austenitics用のソリューションアニール, pH合金の年齢; stress relief as needed.
10. 仕上げ加工, バランス & テスト - 最終的なボア, フェイスフィニッシュ, 動的バランスと油圧テスト.
11. 表面仕上げ & コーティング - ポーランド語, エレクトロポリッシュ, 必要に応じて、犠牲コーティングまたはハードコーティングを適用します.
12. 検査 & 最終QA - NDT, 寸法検査, レポートとMTRS.

5. 溶融, 注ぐ, そして、衝突者にとって重要な熱処理慣行

投資キャストステンレス鋼のインペラは、厳しい環境に耐えなければなりません, 作り 冶金慣行 次元の精度を達成するために重要です, 機械的強度, および腐食抵抗.

一般的な鋳物とは異なり, インペルは、収縮のリスクを増幅する薄い羽根と複雑な油圧プロファイルを持っています, 気孔率, または微細構造欠陥.

融解慣行

• 誘導融解 (IMF):

• • 制御された化学と汚染リスクの低いため、ステンレス装備に最も一般的な.
  • 不活性ガス雰囲気 (アルゴン) または真空誘導融解 (vim) 酸化と窒素ピックアップを防ぎます.

• 真空誘導融解 + 真空アークリメルティング (vim + 私たちの):

• • のような重要な合金に使用されます 17-4 ph, 2507, および904L.
  • 包含レベルが低くなります (<0.5% 非メタリック) そして高い清潔さ, 高サイクル疲労抵抗に不可欠です.

• 溶融制御パラメーター:

• • 硫黄≤0.015％および酸素≤50ppmで熱い引き裂きを最小限に抑える.
  • Deoxidizers (の, アル, そして) 包含を避けるために慎重にバランスが取れます.

注ぐ慣行

• 過熱制御:

• • 典型的な過熱: 60-120°100上の液体.
  • 例: 316l (液体〜1,400°100) 1,460〜1,500°Cで注ぎます.
  • 低すぎる→薄いインペラーの羽根での誤時間. 高すぎる→酸化フィルム, 多孔性の増加.

• 方向凝固:

• • インペラは恩恵を受けます ボトムプール + ライザー支援給餌, ベーンの先端から内側に固化することを保証します.
  • 薄壁の領域での冷却を制御するために使用される悪寒.

• シェル予熱:

• • セラミックシェルは、均一な充填のために900〜1,050°Cに予熱します, 乱流を減らし、コールドシャットを防ぐ.

熱処理慣行

熱処理仕立ての機械的特性とステンレス装備の腐食性能:

6. キャスティング後の操作

投資キャスティングは、ネットシェイプステンレス鋼のインペラーに近いものを生み出します, しかし 二次操作 最終的な公差を達成するために不可欠です, 油圧滑らかさ, 振動のない操作.

トリミングとゲートの取り外し

• シェルノックアウトの後, ライザーとゲートは使用して遮断されています abrasive saws or plasma cutting.
• 熱の影響を受けたゾーンを避けるために注意が払われます (ハズ) それは微細構造を変える可能性があります.
• 典型的な物質的損失: 3–5％の鋳造体重.

機械加工操作

投資キャスティングは提供されますが ±0.1〜0.3 mm許容範囲, 重要な機能には、仕上げの機械加工が必要です:

• ボア加工: インペラーのハブボアは精密機械加工されており、干渉またはスライドフィットのためにIT6 – IT7許容範囲クラスに再刻まれています.
• キーウェイズ & スプライン: CNCブローチまたはミリングにより、ポンプシャフトとの互換性が保証されます.
• ベインプロファイリング: 高性能ポンプ (Turbomachinery, 航空宇宙) 5軸CNCミリングを使用して、ベーンの厚さ±0.05 mmを改良する場合があります.
• スレッド: ナットまたはファスナーを保持するため, 精密タッピングまたはスレッドフライス加工が実行されます.

データポイント: 機械加工が貢献します 10–Impellerの総製造コストの20％, 特に17-4phのような航空宇宙グレード合金の場合.

ダイナミックバランス

キャビテーションを避けるために、インペラはスムーズに回転する必要があります, ノイズ, そして早期ベアリングの失敗.

• 静的バランス: 最初に実行して、粉砕またはバランスの取れた重量を追加することにより、グロスの不均衡を排除しました.
• ダイナミックバランス: ISOへの精密マシンで行われます 1940 G2.5またはG1.0 (航空宇宙ポンプ).
• 例: a 50 Kg2.5にバランスが取れているKg脱塩のインペラには、残留不均衡があります <50 G・mm.
• 修正方法: スポット掘削, ベーンのヒントからの材料除去, or adding balance weights.

表面仕上げ

油圧効率は、に大きく依存しています 流れの通路の表面粗さ.

• ショットブラスト / グリットブラスト: 酸化物と鋳造スケールを除去します, 研磨のために表面を準備します.
• ビーズブラスト: 均一なマット仕上げを提供します (RA〜3.2-6.3μm).
• 研磨:

• • 機械的研磨: RA〜0.8〜1.6μmを達成します.
  • エレクトロポリッシング: 表面のアスペリティを溶解します, Ra〜0.2–0.4μmに到達します. 衛生または海洋サービスにおける316Lおよび904Lのインピーラーの共通.
  • ミラー研磨: 食品加工で使用されます, 医薬品, または高効率のポンプインピーラー; 油圧効率を改善します 2–4％ As-Castサーフェスと比較して.

• 危険性 (ASTM A967): 一酸一酸またはクエン酸の不動態化により、クロム酸化物のパッシブ層が回復します, ピット抵抗の改善.

ポストフィニッシング後の品質チェック

• 寸法検査: CMM (coordinate measuring machine) ベーン角を検証します, コードの長さ, ±0.05 mm以内のボアアライメント.
• 表面粗さの測定: プロフィロメーターは、R​​A値が設計目標を満たしていることを確認します.
• バランス検証: ISOごとに提供される最終バランスの証明書 1940/1.

7. ステンレス鋼のインペラと鋳造緩和戦略の一般的な障害モード

8. 品質保証

NDT

• X線撮影 (X-ray/ct): 内部多孔性と包含の主要な方法. CTは、重大なインペラに3D欠陥マッピングを提供します.
• 超音波検査: 厚いハブの場合、またはX線撮影が制限されている場合.
• 染料浸透剤: 表面亀裂検出.
• 渦電流: 表面および表面近くの検査.

メタログラフィ & 化学

• Verify microstructure (穀物サイズ, フェーズ), MTRに対する包含含有量と化学. デュプレックスおよびpHグレードの場合, 位相バランスを確認し、沈殿します.

機械的テスト

• 引張, 硬度, インパクト (シャルピーv) 合金とサービス温度のスペックごと. 重要なアプリケーションの疲労テスト.

Dynamic balancing

• ISOに 1940 (バランスグレード) またはOEMローター仕様. 典型的な産業用衝突: G6.3 – G2.5速度とアプリケーションに応じて.

9. ステンレス鋼のインペラーのさまざまな製造方法の比較

ステンレス鋼のインペラーは、いくつかの製造ルートで生産できます.

選択は、ジオメトリの複雑さなどの要因に依存します, パフォーマンス要件, 生産量, コストの制約.

キーテイクアウト

• インベストメント鋳造 に最適です 中程度から高精度のインペラ ジオメトリの複雑さ, 効率, 表面仕上げが重要です.
• 砂鋳造 で支配します 大口径, 低圧力障害 コストは効率性よりも重要です.
• 機械加工 ビレットから に使用されます 小さなバッチまたはプロトタイプ, しかし、コストと廃棄物は重要です.
• 鍛造 + 機械加工 提供します 優れた機械的強度, ミッションクリティカルなポンプに適しています.
• 溶接製の製造 a 費用対効果の高いソリューション キャスティングの制限を超えた特大のインペラのため.

10. 結論

投資キャスティングは、パフォーマンス時にステンレス鋼のインペラを生産するための最も実用的な方法です, 精度, コスト残高が必要です.

適切な合金の選択, 溶融練習, 熱処理, そして仕上げ, 投資キャストインピーラーは、優れた腐食抵抗を提供します, 疲労強度, および油圧効率.

海洋ポンプから精製コンプレッサーに至るまでの産業用, このソリューションは、実証済みの信頼性と最適化されたライフサイクルコストを提供します.

FAQ

海水ポンプのインペラに使用する必要があるステンレス鋼合金?

二重 2205 (木材32–35) 海水に最適です - それは316Lよりもよく孔食とストレス腐食亀裂に抵抗します.

費用に敏感なアプリケーション用, 316l (木材24–26) 実行可能な代替品です, しかし、より短いサービス寿命を期待してください (5–8年と. 8–12年のデュプレックス 2205).

生産にどれくらい時間がかかりますか 1,000 投資キャストステンレススチールインペラー?

Lead time is 4–6 weeks for existing tooling (ワックスインジェクションが含まれています, シェルビルディング, 注ぐ, 熱処理, そして仕上げ). 新しいツール用, 4〜6週間を追加します (合計8〜12週間).

投資キャスティングで達成可能な最小ブレードの厚さは何ですか?

304/316Lステンレス鋼用, 最小ブレードの厚さはです 1.5 mm (using vacuum pouring and rigid wax supports).

薄いブレード (1.0–1.5 mm) 可能ですが、カスタムツーリングが必要であり、15〜20％をユニットコストに追加します.

動的バランスがインペラにとって重要なのはなぜですか?

不均衡な衝突はポンプの振動を引き起こします (>0.1 mm/s), ベアリングとシールを着用します。ポンプサービスの寿命を減らします 70%.

ISOのバランス 1940 G2.5は振動を保証します <0.1 mm/s, ベアリングライフを3〜5年に延長します.

投資鋳造は、インペラのための砂鋳造よりも高価ですか?

前払いのツールコストは高くなります ($8k– $ 12k対. $3k– $ 5k), ただし、中程度のボリュームでは単位コストが競争力があります (500–1,000ユニット).

のために 10,000 150 MM 316Lインペラ, 投資キャスティングは合計350万ドルから450万ドル対. $2.5砂鋳造用のM〜 $ 350万 - しかし、砂の鋳造には必要です 30% より多くのマシン後, 複雑なインペラのコストギャップを消去します.