So vermeiden Sie häufige Entmischungsprobleme bei Laufradgussteilen aus Edelstahl

Flügelradgussteile aus rostfreiem Stahl spielen in Pumpen, Zentrifugen und Rührwerken eine entscheidende Rolle und wirken sich direkt auf die Effizienz und Lebensdauer der Geräte aus. Während des Gießvorgangs kommt es aufgrund der ungleichmäßigen Abkühlung und Erstarrung der Metallschmelze häufig zu Entmischungen. Die Entmischung beeinträchtigt nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Laufrads, sondern erhöht auch das Risiko lokaler Korrosion und Ermüdungsversagen, was die Zuverlässigkeit der Ausrüstung erheblich verringert. Um die Qualität von Laufrädern aus rostfreiem Stahl zu verbessern, ist es wichtig, die Arten, Bildungsmechanismen und Methoden zur Verhinderung der Entmischung zu verstehen.

Arten der Segregation und Ursachen

Unter Segregation versteht man die ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen oder Einschlüssen innerhalb eines Gussstücks. Basierend auf Standort und Merkmalen kann die Segregation wie folgt klassifiziert werden:

1. Mittellinientrennung
   Die zentralen Bereiche des Laufrads kühlen langsamer ab, wodurch sich Legierungselemente ansammeln, was zu lokalen Schwankungen in der Härte und Korrosionsbeständigkeit führt.

2. Periphere Segregation
   Kanten verfestigen sich schnell und bilden Bereiche mit geringerem Legierungsgehalt. Diese Bereiche weisen eine verringerte Zähigkeit auf und sind anfällig für Risse und Kavitation.

3. Makrosegregation
   Erhebliche Zusammensetzungsgradienten im gesamten Gussteil, die normalerweise durch eine falsche Gießgeschwindigkeit, eine ungleichmäßige Formtemperatur oder eine schlechte Kontrolle des geschmolzenen Metalls verursacht werden.

4. Mikrosegregation
   Ungleichmäßige Verteilung der Elemente auf Korn- oder Unterkornebene, die sich häufig als Kohlenstoff-, Chrom- oder Nickelseigerung entlang der Korngrenzen äußert und die Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit beeinträchtigen kann.

Die Entmischung resultiert hauptsächlich aus ungleichmäßiger Kühlung, Schwankungen der Zusammensetzung, falscher Gießtemperatur, komplexer Laufradgeometrie und unzureichender Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls. Komplexe Schaufelformen verstärken lokale Unterschiede in der Erstarrungszeit und erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer Entmischung.

Prozesskontrollmaßnahmen zur Verhinderung von Segregation

Richtige Auswahl der Edelstahlsorten

Das Material für Edelstahllaufräder sollte entsprechend den Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Hochlegierte austenitische Edelstähle erstarren bei erhöhten Temperaturen langsam und neigen daher zur Entmischung. Die Anpassung der Legierungszusammensetzung und der Spurenelemente kann dazu beitragen, das Erstarrungsverhalten zu kontrollieren und das Entmischungsrisiko zu verringern.

Optimiertes Ausgießsystem

Ein gut konzipiertes Anguss- und Steigsystem sorgt für eine gleichmäßige Formfüllung und reduziert stagnierende Zonen und ungleichmäßige Abkühlung. Eine strikte Kontrolle der Gießtemperatur verhindert eine Mittellinienseigerung, die durch Überhitzung oder Fehlläufe aufgrund niedriger Temperaturen verursacht wird.

Rationales Formendesign

Komplexe Laufradgussteile profitieren von Segment- oder Teilformen, um Dickenschwankungen zu minimieren, die zu ungleichmäßiger Erstarrung führen können. Isolierhülsen oder optimierte Strömungskanäle sorgen für eine gleichmäßige Kühlung von Schaufeln und Naben und reduzieren so die Makroseigerung.

Wärmebehandlungsverordnung

Eine Wärmebehandlung nach dem Guss verbessert die Mikroseigerung. Durch die Lösungsbehandlung werden die Legierungselemente gleichmäßig verteilt und so die Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit verbessert. Durch anschließendes Altern oder Glühen können Restspannungen abgebaut und die Mikrostruktur homogenisiert werden.

Kontrolle des Metallflusses und der Erstarrungsrate

Die Aufrechterhaltung der richtigen Schmelz- und Haltetemperaturen gewährleistet eine gute Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls und vermeidet gleichzeitig eine zu schnelle Abkühlung, die die Entmischung verschlimmern kann. Lokale Erwärmung oder interne Kühlung in kritischen Bereichen können dabei helfen, die Erstarrungsraten auszugleichen.

Anwendung von Präzisionsgusstechniken

Feinguss verbessert die innere Gleichmäßigkeit von Laufrädern erheblich. Präzise Temperaturregelung und optimierte Gießwege reduzieren die Entmischung in der Mitte und am Umfang und sorgen so für eine gleichbleibende Leistung im gesamten Gussstück.

Inspektion und Qualitätskontrolle

Eine Entmischung ist visuell schwer zu erkennen und erfordert metallografische Analyse, Spektroskopie, Röntgenbeugung und Ultraschallprüfung. Die Einrichtung eines strengen Prozesskontroll- und Inspektionssystems ermöglicht die frühzeitige Erkennung potenzieller Entmischungszonen, was zeitnahe Prozessanpassungen ermöglicht und eine stabile Gussqualität gewährleistet.