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Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 21.10.2026 Herkunft: Website
Die herkömmliche dreischichtige Wassermantelstruktur eines Zylinderblocks besteht von innen nach außen aus der Zylinderinnenwand, einem ringförmigen Wassermantel und einer Luftkammer. Während Gusseisen die Produktionsanforderungen für solche Zylinderblöcke erfüllen kann, kann Gusseisen in stark korrosiven Umgebungen mit hohem Schwefelgehalt und hoher Luftfeuchtigkeit keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit bieten, sodass Edelstahl zwingend erforderlich ist.
Herkömmliche austenitische Edelstähle (z. B. 304/316) weisen jedoch eine relativ geringe Härte auf und können die technische Anforderung des Kunden von HRC 30–34 nicht erfüllen. Unter diesen Betriebsbedingungen kombiniert der martensitische ausscheidungshärtende Edelstahl 17-4PH Korrosionsbeständigkeit mit mechanischer Festigkeit und ist somit das geeignete Material für diese Komponente.
Die Dreikammerstruktur ist eine typische traditionelle Zylinderblockkonstruktion aus Gusseisen. Bei der Anwendung der ursprünglich entwickelten „dreischichtigen Wassermantelstruktur“ auf Edelstahl stößt der Gießprozess auf erhebliche Hindernisse. Edelstahlflüssigkeit ist viskos und weist eine schlechte Fließfähigkeit auf. Die dreischichtige innere Hohlraumstruktur ist eine komplexe Konfiguration mit mehreren geschlossenen Hohlräumen, zahlreichen thermischen Verbindungen und mehreren ineinander verschachtelten Sandkernen. Beim Gießen von Edelstahl ist es schwierig, dass die Stahlschmelze einströmt und im inneren Hohlraum einen geschlossenen Kreislauf bildet. Gleichzeitig machen die komplexen geschlossenen Hohlräume eine Gasentlüftung während des Gießvorgangs und eine Sandentfernung in späteren Phasen unmöglich.
Gefahr der Sandkernsinterung: Die Gießtemperatur für Sphäroguss liegt bei ca. 1300 °C, während sie bei rostfreiem Stahl bis zu 1600 °C beträgt. Bei hohen Temperaturen nimmt der wassergekühlte Hohlraumsandkern viel Wärme auf. Aufgrund des zu geringen Volumens des wassergekühlten Hohlraums im dreischichtigen Aufbau neigt der Sandkern zum Sintern. Dies verstopft den wassergekühlten Hohlraum, macht eine spätere Sandentfernung unmöglich und führt direkt zum Versagen des Gussteils. Selbst wenn Spuren von Formsand im Inneren verbleiben, zirkuliert dieser nach der Inbetriebnahme der Anlage mit dem Kühlwasser, was zu einem Verschleiß der Pumpendichtungen oder einer Verstopfung der Wärmetauscher führt.
Thermische Verbindungen und Lunkerfehler: Die Volumenschrumpfung von rostfreiem Stahl beträgt 10–14 % und ist damit weitaus größer als die von Sphäroguss. Außerdem fehlt ihm die Fähigkeit zur Selbstspeisung durch Graphitausdehnung während der Erstarrung, die Gusseisen besitzt. Der Dreikammer-Zylinderblock verfügt über mehrere isolierte thermische Verbindungen, die zahlreiche Steigleitungen und eine strenge Kontrolle der gerichteten Erstarrung erfordern. Allerdings stören sich die mehreren Kammern gegenseitig, was dazu führt, dass die Schwierigkeit der Prozessgestaltung exponentiell zunimmt. Schrumpfungsporosität ist zu einem hochfrequenten Defekt geworden, und da der Kompressorzylinderblock ein drucktragendes Bauteil ist, führt jede innere Schrumpfungsporosität zum sofortigen Ausschuss.
Problem mit dem Chromoxidfilm: Auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls bildet sich ein kontinuierlicher, hochschmelzender und äußerst zäher Cr₂O₃-Oxidfilm. An den Verbindungsstellen mehrerer Kammern und mehrerer Anschnitte wird der Oxidfilm an der Fließfront des Metalls leicht im Gussstück eingeschlossen und bildet Oxideinschlüsse und Laminierungen. Solche Mängel sind durch zerstörungsfreie Prüfung nur sehr schwer zu erkennen.
Wärmespannung und Rissempfindlichkeit bei hohen Temperaturen: Die lineare Schrumpfung von Edelstahl beträgt 1,8 %–2,5 %. Beim Abkühlen führt die ungleichmäßige Wandstärke mehrerer Kammern leicht zu Heißrissen und Verformungen, wodurch es äußerst schwierig wird, die Maßkette der drei Kammern sicherzustellen.
Angesichts der oben genannten Herausforderungen beim Edelstahlguss besteht die in der Branche häufig gewählte Lösung darin, das Original zu ändern Von der „dreischichtigen Struktur“ zu einer „zweischichtigen Struktur“ , die von innen nach außen aus der Zylinderinnenwand, einer intermittierend wassergekühlten Kammer und einer Luftkammer besteht.
Der zweischichtige Aufbau reduziert die Anzahl der thermischen Verbindungen am Gussstück und erleichtert so die Herstellung von Gussstücken mit dichter Mikrostruktur; Es vergrößert das Volumen des wassergekühlten Hohlraumsandkerns und vermeidet so ein Sintern des Sandkerns. Außerdem wird die Anzahl der Sandformen reduziert, was die anschließende Entfernung des Sandes und die Reinigung des Gussstücks erleichtert.
Während die ursprüngliche Dreikammerstruktur jedoch über einen ringförmigen Wassermantel verfügte, besteht die Zweikammerstruktur aus zwei unabhängigen Wasserhohlräumen. Dies verhindert die Bildung eines vollständigen Wasserzirkulationskreislaufs, um die von der Luftkammer erzeugte Wärme effektiv abzuführen, wodurch die Kühlkapazität geopfert wird und gleichzeitig die Betriebsanforderungen und die strukturelle Festigkeit erfüllt werden.
Der Wasserfluss mit zweischichtiger Struktur
Inmitten der branchenweiten Praxis, die Gussmöglichkeit durch die Reduzierung der strukturellen Komplexität zu beeinträchtigen, entschied sich das TOTEM-Team, die Kühleffizienz des Zylinderblocks nicht zu opfern. Um sicherzustellen, dass das 17-4PH-Material die Härte- und Korrosionsbeständigkeitsanforderungen von HRC 30-34 erfüllt, führten wir tiefgreifende Prozessinnovationen und ein individuelles Design für diesen kleinen Kolbenkompressor-Zylinderblock mit 550 mm Durchmesser durch.
Durch eine spezielle Strukturanordnung erreichten wir eine effektive Kommunikation zwischen den Wasserhohlräumen, ohne die thermischen Verbindungen und die Sandentfernungsschwierigkeiten beim Gießen wesentlich zu erhöhen. Mit dieser Lösung wurden die folgenden technischen Ziele erreicht:
Wiederherstellung der zirkulierenden Kühlung: Durch die Aufhebung der Beschränkung unabhängiger Wasserhohlräume in der herkömmlichen zweischichtigen Struktur wird der Zirkulationsweg des Kühlwassers wiederhergestellt und so das Problem der Wärmeansammlung in der Luftkammer effektiv gelöst.
Ausgewogene Gussdurchführbarkeit: In den strukturellen Bereichen, die anfällig für Fehler in Edelstahlmaterialien sind, wurden besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um die durch komplexe innere Hohlräume verursachten Herausforderungen beim Sintern des Sandkerns und bei der Sandentfernung zu überwinden und die innere Dichte des Gussstücks sicherzustellen.
Erfüllt anspruchsvolle Betriebsbedingungen: Während das Material 17-4PH die Härte- und Korrosionsbeständigkeitsanforderungen von HRC 30–34 erfüllt, verbessert es gleichzeitig die Wärmemanagementfähigkeit des Zylinderblocks bei langfristigem Dauerbetrieb.
Wir haben einen praktikablen technischen Weg für die Herstellung von Edelstahl-Zylinderblöcken mit komplexen Strukturen unter ähnlich stark korrosiven Bedingungen bereitgestellt und dabei Materialeigenschaften, Gussverfahren und Kühlleistung in Einklang gebracht.
Wenn auch Sie vor Herausforderungen bei der Konstruktion oder Herstellung stehen Kompressorzylinderblöcke unter stark korrosiven Bedingungen oder wenn Sie sich für den komplexen Strukturguss von 17-4PH-Edelstahl interessieren, können Sie sich gerne an uns wenden. Das TOTEM-Team freut sich darauf, mit Ihnen ausführlich zu kommunizieren und maßgeschneiderte technische Lösungen anzubieten!
Von Materialverbesserungen bis hin zur Strukturoptimierung ist TOTEM stets bestrebt, Kompressorkunden weltweit zuverlässigere und langlebigere Kernkomponenten zu bieten.
