Please Choose Your Language
Bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 21-10-2026 Herkomst: Locatie
De conventionele drielaagse watermantelstructuur van een cilinderblok bestaat, van binnen naar buiten, de binnenwand van de cilinder, een ringvormige watermantel en een luchtkamer. Hoewel gietijzer aan de productie-eisen voor dergelijke cilinderblokken kan voldoen, kan gietijzer niet voldoende corrosieweerstand bieden in zeer corrosieve omgevingen met een hoog zwavelgehalte en een hoge luchtvochtigheid, waardoor roestvrij staal verplicht is.
Conventioneel austenitisch roestvast staal (zoals 304/316) heeft echter een relatief lage hardheid en kan niet voldoen aan de technische eis van de klant van HRC 30-34. Onder deze bedrijfsomstandigheden combineert 17-4PH martensitisch precipitatiehardend roestvrij staal corrosiebestendigheid met mechanische sterkte, waardoor het het geschikte materiaal is voor dit onderdeel.
De driekamerstructuur is een typisch traditioneel gietijzeren cilinderblokontwerp. Bij het toepassen van de oorspronkelijk ontworpen 'drielaagse watermantelstructuur' op roestvrij staal stuit het gietproces op aanzienlijke obstakels. Roestvrijstalen vloeistof is stroperig en heeft een slechte vloeibaarheid. De drielaagse binnenholtestructuur is een complexe configuratie met meerdere ingesloten holtes, talrijke thermische verbindingen en meerdere onderling geneste zandkernen. Bij het gieten met roestvrij staal is het moeilijk voor het gesmolten staal om naar binnen te stromen en een gesloten lus in de binnenholte te bereiken. Tegelijkertijd maken de complexe ingesloten holtes het onmogelijk om gasafvoer tijdens het gietproces en zandverwijdering in de latere fasen uit te voeren.
Risico op sinteren van zandkernen: De giettemperatuur voor nodulair gietijzer bedraagt ongeveer 1300 °C, terwijl deze voor roestvrij staal zelfs 1600 °C bedraagt. Bij hoge temperaturen absorbeert de watergekoelde spouwzandkern een grote hoeveelheid warmte. Door het te kleine volume van de watergekoelde spouw in de drielaagse structuur is de zandkern gevoelig voor sinteren. Dit blokkeert de watergekoelde holte, maakt daaropvolgende zandverwijdering onmogelijk en resulteert direct in het mislukken van het gieten. Zelfs als er sporen van schimmelzand achterblijven, zal dit nadat de apparatuur in gebruik is genomen, met het koelwater circuleren, wat slijtage aan de pompafdichtingen veroorzaakt of de warmtewisselaars blokkeert.
Thermische verbindingen en krimpholtedefecten: De volumetrische krimp van roestvrij staal is maar liefst 10% -14%, veel groter dan die van nodulair gietijzer, en het mist het zelfvoedende vermogen door uitzetting van grafiet tijdens het stollen dat gietijzer wel heeft. Het cilinderblok met drie kamers heeft meerdere geïsoleerde thermische verbindingen, waardoor talrijke stijgbuizen en strikte controle op directionele stolling nodig zijn. De meerdere kamers interfereren echter met elkaar, waardoor de moeilijkheidsgraad van het procesontwerp exponentieel toeneemt. Krimpporositeit is een hoogfrequent defect geworden, en aangezien het cilinderblok van de compressor een drukdragend onderdeel is, leidt elke interne krimpporositeit tot onmiddellijke afkeuring.
Probleem met chroomoxidefilm: Er vormt zich een continue, hoogsmeltende en zeer hardnekkige Cr₂O₃-oxidefilm op het oppervlak van het gesmolten staal. Op de kruispunten van meerdere kamers en meerdere ingaten wordt de oxidefilm aan de stromingsfront van het metaal gemakkelijk ingesloten in het gietstuk, waardoor oxide-insluitsels en lamineringen worden gevormd. Dergelijke defecten zijn zeer moeilijk op te sporen door middel van niet-destructief onderzoek.
Thermische spanning en scheurgevoeligheid bij hoge temperaturen: De lineaire krimp van roestvrij staal bedraagt 1,8%–2,5%. Tijdens het afkoelen leidt de ongelijkmatige wanddikte van meerdere kamers gemakkelijk tot heet scheuren en vervorming, waardoor het uiterst moeilijk wordt om de dimensionale keten van de drie kamers te garanderen.
Geconfronteerd met de bovengenoemde uitdagingen op het gebied van het gieten van roestvrij staal, is de algemeen aanvaarde oplossing in de industrie het veranderen van het origineel 'drielaagse structuur' naar een 'tweelaagse structuur' , bestaande uit, van binnen naar buiten, de binnenwand van de cilinder, een intermitterende watergekoelde kamer en een luchtkamer.
De tweelaagse structuur vermindert het aantal thermische verbindingen op het gietstuk, waardoor het gemakkelijker wordt om gietstukken met een dichte microstructuur te verkrijgen; het vergroot het volume van de watergekoelde zandkern van de holte, waardoor sinteren van de zandkern wordt vermeden; en het vermindert het aantal zandvormen, waardoor de daaropvolgende zandverwijdering en het reinigen van het gietstuk wordt vergemakkelijkt.
Terwijl de oorspronkelijke structuur met drie kamers een ringvormige watermantel had, bestaat de structuur met twee kamers echter uit twee onafhankelijke waterholten. Dit voorkomt de vorming van een volledige watercirculatielus om de door de luchtkamer gegenereerde warmte effectief te verwijderen, waardoor koelcapaciteit wordt opgeofferd terwijl wordt voldaan aan de bedrijfsvereisten en structurele sterkte.
De tweelaagse structuur waterstroom
Te midden van de industriebrede praktijk om de haalbaarheid van gieten in gevaar te brengen door de structurele complexiteit te verminderen, koos het TOTEM-team ervoor om de koelefficiëntie van het cilinderblok niet op te offeren. Om ervoor te zorgen dat het 17-4PH-materiaal voldoet aan de hardheids- en corrosieweerstandseisen van HRC 30-34, hebben we een diepgaande procesinnovatie en een aangepast ontwerp uitgevoerd voor dit kleine cilinderblok met een diameter van 550 mm.
Door een specifieke structurele lay-out hebben we een effectieve communicatie tussen de waterholten bereikt zonder de thermische verbindingen en de zandverwijderingsproblemen tijdens het gieten aanzienlijk te vergroten. Met deze oplossing werden de volgende technische doelstellingen bereikt:
Herstelde circulerende koeling: het doorbreekt de beperking van onafhankelijke waterholten in de traditionele tweelaagse structuur en herstelt het circulatiepad van het koelwater, waardoor het probleem van warmteaccumulatie in de luchtkamer effectief wordt opgelost.
Evenwichtige haalbaarheid van gieten: Er zijn speciale voorzorgsmaatregelen genomen in structurele gebieden die gevoelig zijn voor defecten in roestvrijstalen materialen, waardoor de uitdagingen bij het sinteren en verwijderen van zand veroorzaakt door complexe binnenholten worden overwonnen en de interne dichtheid van het gietstuk wordt gewaarborgd.
Voldoet aan veeleisende bedrijfsomstandigheden: Hoewel het voldoet aan de hardheids- en corrosieweerstandseisen van HRC 30-34 van het 17-4PH-materiaal, verbetert het het thermische beheersvermogen van het cilinderblok bij langdurig continu gebruik.
We hebben een haalbaar technisch pad geboden voor de productie van roestvrijstalen cilinderblokken met complexe structuren onder vergelijkbare, zeer corrosieve omstandigheden, waarbij materiaaleigenschappen, gietprocessen en koelprestaties in evenwicht worden gebracht.
Als u ook voor uitdagingen staat bij het ontwerpen of vervaardigen van compressorcilinderblokken onder zeer corrosieve omstandigheden, of als u geïnteresseerd bent in het complexe structuurgieten van 17-4PH roestvrij staal, neem dan gerust contact met ons op. Het TOTEM-team kijkt ernaar uit om gedetailleerd met u te communiceren en technische oplossingen op maat te bieden!
Van materiaalupgrades tot structurele optimalisatie, TOTEM streeft er consequent naar om wereldwijde compressorklanten te voorzien van betrouwbaardere en duurzamere kerncomponenten.
