Jak se vyhnout běžným problémům se segregací u odlitků oběžných kol z nerezové oceli

Odlitky lopatkového kola z nerezové oceli hrají klíčovou roli v čerpadlech, odstředivých strojích a míchadlech a přímo ovlivňují účinnost zařízení a životnost. Během procesu odlévání často dochází k segregaci v důsledku nerovnoměrného chlazení a tuhnutí roztaveného kovu. Segregace ovlivňuje nejen mechanické vlastnosti oběžného kola, ale také zvyšuje riziko lokalizované koroze a únavového selhání, což výrazně snižuje spolehlivost zařízení. Pochopení typů, formovacích mechanismů a způsobů prevence segregace je nezbytné pro zlepšení kvality oběžných kol z nerezové oceli.

Typy segregace a příčiny

Segregace se týká nerovnoměrného rozložení legujících prvků nebo vměstků v odlitku. Na základě umístění a vlastností lze segregaci klasifikovat takto:

1. Segregace středové linie
   Centrální oblasti oběžného kola se ochlazují pomaleji, což způsobuje hromadění legujících prvků, což má za následek místní odchylky v tvrdosti a odolnosti proti korozi.

2. Periferní segregace
   Hrany rychle tuhnou a tvoří oblasti s nižším obsahem slitiny. Tyto oblasti mají sníženou houževnatost a jsou náchylné k prasklinám a kavitaci.

3. Makro-segregace
   Významné gradienty složení v průběhu odlévání, obvykle způsobené nesprávnou rychlostí lití, nerovnoměrnou teplotou formy nebo špatnou kontrolou roztaveného kovu.

4. Mikrosegregace
   Nerovnoměrné rozložení prvků na úrovni zrn nebo dílčích zrn, které se běžně projevuje jako segregace uhlíku, chrómu nebo niklu podél hranic zrn, což může zhoršit odolnost proti korozi a únavovou pevnost.

Segregace je primárně důsledkem nerovnoměrného chlazení, kolísání složení, nesprávné teploty lití, složité geometrie oběžného kola a nedostatečné tekutosti roztaveného kovu. Složité tvary čepelí zhoršují místní rozdíly v době tuhnutí a zvyšují pravděpodobnost segregace.

Opatření pro kontrolu procesu k prevenci segregace

Správný výběr jakostí nerezové oceli

Materiál pro oběžná kola z nerezové oceli by měl být zvolen podle provozních podmínek. Vysoce legované austenitické nerezové oceli tuhnou pomalu při zvýšených teplotách, takže jsou náchylné k segregaci. Úprava složení slitiny a stopových prvků může pomoci řídit chování při tuhnutí a snížit riziko segregace.

Optimalizovaný systém nalévání

Dobře navržený vtokový a stoupací systém zajišťuje rovnoměrné plnění formy, snižuje stagnující zóny a nerovnoměrné chlazení. Přísná kontrola teploty lití zabraňuje segregaci středové linie způsobené přehřátím nebo nesprávným chodem v důsledku nízkých teplot.

Racionální design forem

Složité odlitky oběžného kola těží ze segmentových nebo sekčních forem, které minimalizují kolísání tloušťky, které může způsobit nerovnoměrné tuhnutí. Izolační pouzdra nebo optimalizované průtokové kanály zajišťují rovnoměrné chlazení lopatek a nábojů a snižují makro-segregaci.

Regulace tepelného zpracování

Tepelné zpracování po lití zlepšuje mikrosegregaci. Ošetření roztokem redistribuuje legující prvky rovnoměrně, zvyšuje odolnost proti korozi a houževnatost. Následné stárnutí nebo žíhání může zmírnit zbytkové napětí a homogenizovat mikrostrukturu.

Řízení toku kovu a rychlosti tuhnutí

Udržování správných teplot tavení a udržování zajišťuje dobrou tekutost roztaveného kovu a zároveň zabraňuje příliš rychlému ochlazování, které může zhoršit segregaci. Lokalizované zahřívání nebo vnitřní chlazení v kritických oblastech může pomoci vyrovnat rychlosti tuhnutí.

Aplikace technik přesného lití

Vytavené lití výrazně zlepšuje vnitřní rovnoměrnost oběžných kol. Přesná regulace teploty a optimalizované dráhy odlévání snižují segregaci středové a obvodové linie a zajišťují konzistentní výkon v celém odlitku.

Inspekce a kontrola kvality

Segregace je obtížně detekovatelná vizuálně a vyžaduje metalografickou analýzu, spektroskopii, rentgenovou difrakci a ultrazvukové testování. Zavedení přísného systému kontroly a inspekce procesu umožňuje včasnou detekci potenciálních segregačních zón, umožňuje včasné úpravy procesu a zajišťuje stabilní kvalitu odlitků.