Nerūsējošā tērauda lāpstiņritenis | Pielāgoti ieguldījumu liešanas risinājumi

1. Ievads

Nerūsējošā tērauda lāpstiņrite ir kritiska sastāvdaļa sūkņos, kompresori, un turbomahināra, kur viņi pārnes rotācijas enerģiju uz šķidrumiem.

Viņu ģeometrija - veidotas lāpstiņas, stingras pielaides, un gludas hidrauliskās virsmas - tieši ietekmē efektivitāti, kalpošanas laiks, un uzticamība.

Šajā rakstā ir izpētīts, kā investīciju liešana Nodrošina precīzu nerūsējošā tērauda lāpstiņriteni, Analizējot sakausējuma izvēli, procesa plūsma, Kritiskā prakse, pēcapstrāde, kvalitātes nodrošināšana, un kā šī metode ir salīdzināta ar alternatīvām.

2. Kāpēc investīciju liešana nerūsējošā tērauda lāpstiņritenim?

Nerūsējošais tērauds Lāpstiņritenim ir jāiztur liels rotācijas ātrums, hidrauliskās slodzes, korozija, un daudzos gadījumos, kavitācija.

Viņu sniegums ir ļoti atkarīgs no precīzas ģeometrijas, Gludas hidrauliskās virsmas, un metalurģiskā integritāte.

Investīciju liešana, Pazīstams arī kā zaudētās vaska process, ir kļuvis par vienu no efektīvākajiem nerūsējošā tērauda lāpstiņriteņu ražošanas risinājumiem, jo ​​tas piedāvā dizaina elastības līdzsvaru, precizitāte, un materiāla veiktspēja.

Investīciju liešanas galvenās priekšrocības

Sarežģīta ģeometrijas spēja

Lāpstiņriteņiem ir izliektas lāpstiņas, dobi rumbas, un plānas sienas sekcijas, kuras ir grūti vai neiespējami sasniegt, izmantojot smilšu liešanu vai apstrādi.

Investīciju liešana reproducē sarežģītus CAD dizainus ar tik zemu lāpstiņu biezumu 2.0–2,5 mm, Atbalstot uzlabotos hidrauliskos dizainus.

Augstāka virsmas apdare

Investīciju izraisīts nerūsējošais lāpstiņritenis sasniedz kā apturētu virsmas raupjumu RA 1,6-3,2 μm, salīdzinot ar RA 6,3-12,5 μm Par smilšu liešanu.

Tas samazina sekundārās pulēšanas prasības un uzlabo sūkņa efektivitāti 2–3%, Ievērojams ieguvums enerģijas kritiskajās nozarēs, piemēram, atsāļošana un naftas ķīmijas.

Augstas dimensijas precizitāte

Tipiskas pielaides ir ± 0,1–0,2 mm uz 25 mm, kas samazina urbumu apstrādi, atslēgas, un blīvēšanas virsmas.

Ražošanai ar lielu apjomu, Atkārtojamība nodrošina konsekventu hidraulisko veiktspēju dažādās partijās.

Materiāla elastība

Investīciju liešana darbojas ar plašu nerūsējošo tēraudu klāstu, no ekonomiskās austenīta pakāpes (304/316) uz divstāvu un nokrišņu izturīgiem sakausējumiem.

Tas ļauj pielāgot lāpstiņriteņus ar hlorīdiem bagāts jūras ūdens, abrazīvas vircas, vai augsta spiediena eļļa & gāzes sūkņi.

Materiālu izmantošana & Izmaksu efektivitāte

Gandrīz tīkla formas ražošana samazina izejvielu atkritumus 50–70% Salīdzinot ar apstrādes lāpstiņriteņiem no sagataves vai plāksnes, padarot to par rentablu vidējā vai augstā ražošanas apjomos.

Kompromisi un apsvērumi

• Instrumentu izmaksas
  Vaska injekcijas instrumenti lāpstiņriteņiem var maksāt no $5,000- 20 000 USD, Atkarībā no sarežģītības.
  Tas padara investīciju liešanu mazāk pievilcīgu vienreizējiem prototipiem, bet ļoti efektīvu atkārtotai ražošanai.
• Sagatavošanās laiks
  Keramikas apvalka veidošana prasa 7–10 slāņi, katrs ar vairāku stundu žāvēšanas cikliem, ražošanas ciklu pagarināšana līdz 2–4 nedēļas.
  CNC apstrāde var būt ātrāka steidzama prototipa piegādei.
• Pēcizturēšanas apstrāde
  Pat ar augstu precizitāti, Nepieciešams lāpstiņriteņi dinamiska līdzsvarošana uz ISO 1940 G2.5 - G6.3 Rumbas urbumu standarti un apstrāde, lai sasniegtu H7 pielaides.

3. Tipiski nerūsējoši sakausējumi lāpstiņriteņiem

Nerūsējošā tērauda sakausējuma izvēle lāpstiņriteņiem tieši ietekmē izturību pret koroziju, mehāniskā izturība, un dzīves cikla izmaksas.

Dažādi sūkņu pielietojumi - sākot ar jūras ūdens apstrādi līdz ķīmiskai dozēšanai - pieļaujamie sakausējumi, kas pielāgoti konkrētai darbības videi.

Nerūsējošā tērauda sakausējuma salīdzināšanas galds

Sakausējuma atlases vadlīnijas

• Jūras ūdens/hlorēts ūdens: Prioritāšu pren >24 (316Lukturis, divstāvu 2205). 316L Lāpstiņriteņiem jūras ūdenī pēdējie 5–8 gadi pret. 2–3 gadi par 304.
• Augsts spiediens (>100 stieple): 17-4 Ph (sildīts) vai duplekss 2205 - viņu rezultāts (>450 MPA) novērst lāpstiņriteņa deformāciju.
• Augsta temperatūra (>600° C): 304/316Lukturis (maksimālais 870 ° C) - Izvairieties no dupleksa 2205 (ierobežots līdz 315 ° C) un 17-4 Ph (mīkstina virs 600 ° C).

4. Investīciju liešanas procesa plūsma lāpstiņriteņiem

1. Instrumentus & veidot -CNC galvenie modeļi vai 3D drukāti sveķu modeļi sarežģītiem profiliem. Kontroles saraušanās kompensācija.
2. Vaska injekcija & nospiešana - precīzi vaska kadri, Robustie stublāji montāžai. Vaska instrumentu pielaide ir nozīmīga lāpstiņu ģeometrijai.
3. Montāža (vaska koks) - samazināt skrējēja garumu, lai samazinātu turbulenci un samazinātu ieslēgumus.
4. Čaumalas ēka - 6–10 keramikas čaumalas; čaumalas biezums, kas izvēlēts, lai izvairītos no kropļojumiem uz liešanu un iespējotu pareizu dzesēšanas ātrumu. Žāvēšanas profils, kas kontrolēts, lai izvairītos no čaumalas plaisāšanas.
5. Atkāpe & čaumalas šaušana -Kontrolēta DeWax un augstas temperatūras šaušana, lai noņemtu organisko vielu. Čaumalas uzkarsēšanas temperatūra Ietekmē ielej uzvedību.
6. Kūstošs & izliešana - Izkausēt praksi (vakuums/indukcija/AOD) un temperatūras/tehnikas ieliešana, kas ir kritiska tīrībai un sacietēšanai.
7. Dzesēšana & izšaut - Kontrolēta dzesēšana izvairās no termiskā šoka un samazina iekšējo spriegumu.
8. Nogrieznis & tauki - Noņemiet vārtus, samazināt kropļojumus.
9. Termiskā apstrāde — solution anneal for austenitics, vecums PH sakausējumiem; Stresa mazināšana pēc vajadzības.
10. Pabeigt apstrādi, līdzsvarošana & pārbaude - galīgie urbumi, sejas apdare, dinamiska līdzsvarošana un hidrauliskā pārbaude.
11. Virsmas apdare & pārklājumi - Polija, elektropolisks, Ja nepieciešams, uzklājiet upurēšanas vai cietus pārklājumus.
12. Pārbaude & Final QA - NDT, dimensiju pārbaude, Ziņojums un MTR.

5. Kūstošs, Izliešana, un siltuma ārstēšanas prakse, kas ir nozīmīga lāpstiņriteņiem

Investīciju veidotajiem nerūsējošā tērauda lāpstiņriteņiem ir jāiztur skarba vide, veidošana metalurģiskā prakse būtisks izmēru precizitātes sasniegšanai, mehāniskā izturība, un izturība pret koroziju.

Atšķirībā no vispārējām lējumiem, Lāpstiņriteņiem ir plānas lāpstiņas un sarežģīti hidrauliskie profili, kas pastiprina saraušanās risku, porainība, vai mikrostruktūras defekti.

Kušanas prakse

• Indukcijas kausēšana (SVF):

• • Visizplatītākais nerūsējošajiem lāpstiņriteņiem kontrolētās ķīmijas un zema piesārņojuma riska dēļ.
  • Inerta gāzes atmosfēra (argons) vai vakuuma indukcijas kausēšana (Vime) novērš oksidācijas un slāpekļa uzņemšanu.

• Vakuuma indukcijas kausēšana + Vakuuma loka pārkaļa (Vime + Mūsu):

• • Izmanto tādiem kritiskiem sakausējumiem kā 17-4 Ph, 2507, un 904l.
  • Nodrošina zemu iekļaušanas līmeni (<0.5% nemetālieši) un augsta tīrība, būtiska augsta cikla noguruma rezistencei.

• Izkausējiet vadības parametrus:

• • Sērs ≤0,015% un skābeklis ≤50 ppm, lai samazinātu karsto asaru.
  • Deoksidizatori (No, Al, Un) Rūpīgi līdzsvarots, lai izvairītos no ieslēgumiem.

Liešanas prakse

• Pārkaršanas kontrole:

• • Tipiska pārkaršana: 60-120 ° 100 virs šķidruma.
  • Piemērs: 316Lukturis (šķidrums ~ 1400 ° 100) ielej 1,460–1 500 ° C.
  • Pārāk zems → kļūdaini plānos lāpstiņratu lāpstiņās. Pārāk augsta → oksīda plēve, Paaugstināta porainība.

• Virziena sacietēšana:

• • Lāpstiņriteņi gūst labumu no apakšējā daļa + Riser-palīdzēja barošana, nodrošinot sacietēšanas progresēšanu no lāpstiņu padomiem uz iekšu.
  • Drebuļi, ko izmanto, lai kontrolētu dzesēšanu plānos sienās.

• Uzkarsēt čaulas:

• • Keramikas apvalks, kas iepriekš uzkarsēts līdz 900–1,050 ° C, lai veiktu vienveidīgu pildījumu, Samazināt turbulenci un novērst aukstumu.

Siltuma ārstēšanas prakse

Nerūsējošo lāpstiņriteņu mehāniskās īpašības un korozijas veiktspēja:

6. Operācijas pēc izvietošanas

Investīciju liešana ražo gandrīz tīkla formas nerūsējošā tērauda lāpstiņriteni, bet sekundāras operācijas ir svarīgi, lai sasniegtu galīgo pielaides, hidrauliskais gludums, un darbība bez vibrācijas.

Apgriešana un vārtu noņemšana

• Pēc čaumalas nokaut, stāvvadi un vārti tiek pārtraukti, izmantojot Abrazīvi zāģi vai plazmas griešana.
• Tiek rūpēties, lai izvairītos no siltuma skartām zonām (HAZ) kas var mainīt mikrostruktūru.
• Tipisks materiāla zaudējums: 3–5% liešanas svara.

Apstrādes operācijas

Lai gan investīciju liešana nodrošina ± 0,1–0,3 mm pielaides, Kritiskām funkcijām nepieciešama pabeigšanas apstrāde:

• Garlaicīga apstrāde: Lāpstiņriteņa rumbas urbumi ir precīzi apstrādāti un tiek sadalīti uz IT6 - IT7 tolerances klasi, lai iejaukšanās vai bīdāmie derības.
• Atslēgas & Spraugas: CNC Broaching vai frēzēšana nodrošina saderību ar sūkņa vārpstām.
• Lāpstiņas profilēšana: Augstas veiktspējas sūkņi (turbomahīnija, avi kosmosa) var izmantot 5 asu CNC frēzēšanu, lai uzlabotu lāpstiņu biezumu ± 0,05 mm.
• Vītņošana: Riekstu vai stiprinājumu saglabāšanai, Tiek veikta precīza pieskaršanās vai diegu frēzēšana.

Datu punkts: Apstrāde veicina 10–20% no kopējām lāpstiņriteņa ražošanas izmaksām, Īpaši kosmiskās aviācijas līmeņa sakausējumiem, piemēram, 17-4ph.

Dinamiska līdzsvarošana

Lāpstiņriteņiem jānotiek vienmērīgi, lai izvairītos no kavitācijas, troksnis, un priekšlaicīga izturēšanās neveiksme.

• Statiska līdzsvarošana: Vispirms veica, lai novērstu rupjo nelīdzsvarotību, sasmalcinot vai pievienojot balansēšanas svarus.
• Dinamiska līdzsvarošana: Veikts ar precizitātes mašīnām līdz ISO 1940 G2.5 vai G1.0 (Aviācijas un kosmosa sūkņi).
• Piemērs: Izšķirt 50 KG atsāļošanas lāpstiņrite <50 g · mm.
• Korekcijas metodes: urbšana uz vietas, Materiālu noņemšana no lāpstiņas padomiem, vai pievienojot līdzsvara svaru.

Virsmas apdare

Hidrauliskā efektivitāte ir ļoti atkarīga no plūsmas fragmentu virsmas nelīdzenums.

• Šāvienu spridzināšana / Smiltis: Noņem oksīdus un liešanas skalu, Virsmas sagatavošana pulēšanai.
• Pērlīšu spridzināšana: Nodrošina vienotu matētu apdari (Ra ~ 3,2-6,3 μm).
• Pulēšana:

• • Mehāniska pulēšana: Sasniedz ra ~ 0,8–1,6 μm.
  • Elektropolēšana: Izšķīst virsmas asperitas, sasniedzot ra ~ 0,2–0,4 μm. Bieži sastopams 316L un 904L lāpstiņriteņiem sanitārā vai jūras dienestā.
  • Spoguļa pulēšana: Izmanto pārtikas pārstrādē, farmaceitisks, vai augstas efektivitātes sūkņu lāpstiņriteņus; uzlabo hidraulisko efektivitāti 2–4% Salīdzinot ar virsmām,.

• Pasniegšana (ASTM A967): Slāpekļa vai citronskābes pasivācija atjauno hroma oksīda pasīvo slāni, Pretestības uzlabošana.

Kvalitātes pārbaudes pēc finiša

• Dimensiju pārbaude: CMM (koordinēt mērīšanas mašīnu) pārbauda lāpstiņas leņķus, akorda garums, un urbuma izlīdzināšana ± 0,05 mm attālumā.
• Virsmas raupjuma mērīšana: Profilometri apstiprina, ka RA vērtības atbilst dizaina mērķiem.
• Līdzsvara pārbaude: Galīgie balansēšanas sertifikāti, kas sniegti vienā ISO 1940/1.

7. Parastie nerūsējošā tērauda lāpstiņriteņa un liešanas mazināšanas stratēģiju kļūmes režīmi

8. Kvalitātes nodrošināšana

Ndt

• Radiogrāfija (Rentgena/ct): Primārā iekšējās porainības un ieslēgumu metode. CT nodrošina trīsdimensiju defektu kartēšanu kritiskiem lāpstiņriteņiem.
• Ultraskaņas pārbaude: biezākiem centriem vai kur rentgenogrāfija ir ierobežota.
• Krāsviela: Virsmas plaisas noteikšana.
• Eddy Current: Virsmas un gandrīz virsmas pārbaudes.

Metalogrāfija & ķīmija

• Pārbaudiet mikrostruktūru (graudu izmērs, fāzes), Iekļaušanas saturs un ķīmija pret MTR. Par dupleksu un pH pakāpēm, Pārbaudiet fāzes līdzsvaru un nogulsnējas.

Mehāniskā pārbaude

• Stiepts, cietība, trieciens (Carpy v) par sakausējuma un servisa temp. Noguruma pārbaude kritiskai lietojumprogrammai.

Dinamiska līdzsvarošana

• Uz ISO 1940 (līdzsvara pakāpes) vai OEM rotora specifikācija. Tipiski rūpniecības lāpstiņriteņi: G6.3 - g2.5 atkarībā no ātruma un pielietojuma.

9. Dažādu nerūsējošā tērauda lāpstiņriteņa ražošanas metožu salīdzinājums

Nerūsējošā tērauda lāpstiņriteni var ražot vairākos ražošanas ceļos.

Izvēle ir atkarīga no tādiem faktoriem kā ģeometrijas sarežģītība, Veiktspējas prasības, ražošanas apjoms, un izmaksu ierobežojumi.

Galvenie paņēmieni

• Investīciju liešana ir ideāli piemērots vidēja līdz augstā precizitātes lāpstiņriteņi kur ģeometrijas sarežģītība, efektivitāte, un virsmas apdare ir kritiska.
• Smilšu liešana Dominē liels diametrs, zema spiediena lāpstiņriteņi Ja izmaksām ir svarīgāka nekā efektivitāte.
• Apstrāde no billet tiek izmantots mazas partijas vai prototipi, Bet izmaksas un atkritumi ir nozīmīgi.
• Kalšana + apstrāde nodrošināt augstākā mehāniskā izturība, Piemērots misijai kritiskiem sūkņiem.
• Metināta izgatavošana paliek a rentabls risinājums lielizmēra lāpstiņriteņiem, kas pārsniedz liešanas robežas.

10. Secinājums

Investīciju liešana ir praktiskākā metode nerūsējošā tērauda lāpstiņriteņu ražošanai, kad veiktspēja, precizitāte, un ir nepieciešams izmaksu bilance.

Ar pareizu sakausējuma izvēli, Izkausēt praksi, termiskā apstrāde, un apdare, Investīciju lāpstiņriteņi nodrošina lielisku izturību pret koroziju, noguruma spēks, un hidrauliskā efektivitāte.

Nozarēm, sākot no jūras sūkņiem līdz rafinēšanas kompresoriem, Šis risinājums piedāvā pierādītu uzticamību un optimizētas dzīves cikla izmaksas.

FAQ

Kāds nerūsējošā tērauda sakausējums man jāizmanto jūras ūdens sūkņa lāpstiņritenim?

Divstāvu 2205 (Koks 32–35) ir ideāli piemērots jūras ūdenim - izturas pret bedri un stresa korozijas plaisāšana labāk nekā 316L.

Izmaksu jutīgām lietojumprogrammām, 316Lukturis (Koks 24–26) ir dzīvotspējīga alternatīva, Bet gaidiet īsāku kalpošanas laiku (5–8 gadi pret. 8–12 gadi dupleksam 2205).

Cik ilgs laiks nepieciešams, lai ražotu 1,000 Investīciju veidots nerūsējošā tērauda lāpstiņritenis?

Izpildes laiks ir 4–6 nedēļas esošajiem instrumentiem (Ietver vaska injekciju, čaumalas ēka, izliešana, termiskā apstrāde, un apdare). Jauniem instrumentiem, Pievienojiet 4–6 nedēļas (Kopā 8–12 nedēļas).

Kāds ir minimālais asmeņu biezums, kas sasniedzis investīciju liešanu?

Par 304/316L nerūsējošo tēraudu, Minimālais asmeņu biezums ir 1.5 mm (Izmantojot vakuuma ieliešanu un stingrus vaska balstus).

Plānāki asmeņi (1.0–1,5 mm) ir iespējami, bet prasa pielāgotu instrumentu un pievienojiet 15–20% vienības izmaksām.

Kāpēc lāpstiņriteņiem ir kritiska dinamiska līdzsvarošana?

Nesabalansēti lāpstiņriteņi izraisa sūkņa vibrāciju (>0.1 mm/s), kas nēsā gultņus un blīvējumus - samazinot sūkņa kalpošanas laiku 70%.

Balansēšana uz ISO 1940 G2.5 nodrošina vibrāciju <0.1 mm/s, Paplašināšanas dzīves ilgums līdz 3–5 gadiem.

Vai investīciju liešana ir dārgāka nekā smilšu liešana lāpstiņriteņiem?

Sākotnējās instrumentu izmaksas ir augstākas ($8K– USD 12 000 pret. $3K– USD 5k), Bet vienības izmaksas ir konkurētspējīgas vidējiem apjomiem (500–1 000 vienību).

Par 10,000 150 MM 316L lāpstiņriteņi, Investīciju liešanas kopsumma ir USD 3,5 miljoni - 4,5 miljoni USD pret. $2.5M– USD 3,5 miljoni par smilšu liešanu, bet smilšu liešana prasa 30% Vairāk pēcapstrāde, Izdzēšot sarežģītu lāpstiņriteņu izmaksu atšķirību.