Kako izbjeći uobičajene probleme segregacije u odljevcima impelera od nehrđajućeg čelika

Odljevci rotora s oštricama od nehrđajućeg čelika igraju ključnu ulogu u pumpama, centrifugalnim strojevima i mješalicama, izravno utječući na učinkovitost opreme i vijek trajanja. Tijekom procesa lijevanja često dolazi do segregacije zbog neravnomjernog hlađenja i skrućivanja rastaljenog metala. Segregacija ne samo da utječe na mehanička svojstva impelera, već također povećava rizik od lokalne korozije i kvara uslijed zamora, značajno smanjujući pouzdanost opreme. Razumijevanje tipova, mehanizama stvaranja i metoda sprječavanja segregacije bitno je za poboljšanje kvalitete impelera od nehrđajućeg čelika.

Vrste segregacije i uzroci

Segregacija se odnosi na neravnomjernu raspodjelu legirajućih elemenata ili uključaka unutar odljevka. Na temelju lokacije i karakteristika, segregacija se može klasificirati na sljedeći način:

1. Segregacija središnje linije
   Središnja područja impelera sporije se hlade, uzrokujući nakupljanje legiranih elemenata, što rezultira lokalnim varijacijama u tvrdoći i otpornosti na koroziju.

2. Periferna segregacija
   Rubovi se brzo skrućuju, stvarajući područja s nižim sadržajem legure. Ta područja imaju smanjenu žilavost i sklona su pukotinama i kavitaciji.

3. Makro-Segregacija
   Značajni gradijenti sastava tijekom lijevanja, obično uzrokovani nepravilnom brzinom izlijevanja, neujednačenom temperaturom kalupa ili lošom kontrolom rastaljenog metala.

4. Mikro-segregacija
   Neravnomjerna raspodjela elemenata na razini zrna ili podzrna, obično se očituje kao segregacija ugljika, kroma ili nikla duž granica zrna, što može ugroziti otpornost na koroziju i čvrstoću na zamor.

Segregacija je prvenstveno rezultat neravnomjernog hlađenja, fluktuacija sastava, neodgovarajuće temperature izlijevanja, složene geometrije impelera i nedovoljne fluidnosti rastaljenog metala. Složeni oblici oštrica pogoršavaju lokalne razlike u vremenu skrućivanja, povećavajući vjerojatnost segregacije.

Mjere kontrole procesa za sprječavanje segregacije

Pravilan odabir vrsta nehrđajućeg čelika

Materijal za rotore od nehrđajućeg čelika treba odabrati prema radnim uvjetima. Visokolegirani austenitni nehrđajući čelici polako se skrućuju na povišenim temperaturama, što ih čini sklonima segregaciji. Podešavanje sastava legure i elemenata u tragovima može pomoći u kontroli skrućivanja i smanjiti rizik segregacije.

Optimizirani sustav izlijevanja

Dobro osmišljen sustav zatvarača i uspona osigurava ravnomjerno punjenje kalupa, smanjujući zone stagnacije i neravnomjerno hlađenje. Stroga kontrola temperature izlijevanja sprječava segregaciju središnje linije uzrokovanu pregrijavanjem ili neispravnim radom zbog niskih temperatura.

Racionalni dizajn kalupa

Složeni odljevci impelera imaju koristi od segmentiranih ili sekcijskih kalupa za smanjenje varijacija debljine, koje mogu uzrokovati neravnomjerno skrućivanje. Izolacijski rukavci ili optimizirani kanali protoka osiguravaju ravnomjerno hlađenje lopatica i glavčina, smanjujući makro-segregaciju.

Regulacija toplinske obrade

Toplinska obrada nakon lijevanja poboljšava mikrosegregaciju. Obrada otopinom ravnomjerno redistribuira elemente legure, povećavajući otpornost na koroziju i žilavost. Naknadno starenje ili žarenje može ublažiti zaostalo naprezanje i homogenizirati mikrostrukturu.

Kontrola protoka metala i brzine skrućivanja

Održavanje odgovarajućih temperatura taljenja i zadržavanja osigurava dobru fluidnost rastaljenog metala, dok se izbjegava pretjerano brzo hlađenje koje može pogoršati segregaciju. Lokalno grijanje ili unutarnje hlađenje u kritičnim područjima može pomoći u ravnoteži stope skrućivanja.

Primjena tehnika preciznog lijevanja

Masovno lijevanje značajno poboljšava unutarnju ujednačenost impelera. Precizna kontrola temperature i optimizirani putovi izlijevanja smanjuju središnju i perifernu segregaciju, osiguravajući dosljednu izvedbu u cijelom odljevku.

Inspekcija i kontrola kvalitete

Segregaciju je teško uočiti vizualno i zahtijeva metalografsku analizu, spektroskopiju, difrakciju X-zraka i ultrazvučno ispitivanje. Uspostava stroge kontrole procesa i sustava inspekcije omogućuje rano otkrivanje potencijalnih zona segregacije, omogućavajući pravovremene prilagodbe procesa i osiguravajući stabilnu kvalitetu lijevanja.