Come evitare i comuni problemi di segregazione nelle fusioni delle giranti in acciaio inossidabile

Fusioni della girante a pale in acciaio inox svolgono un ruolo fondamentale nelle pompe, nelle macchine centrifughe e negli agitatori, influenzando direttamente l'efficienza e la durata delle apparecchiature. Durante il processo di fusione, spesso si verifica la segregazione a causa del raffreddamento e della solidificazione non uniforme del metallo fuso. La segregazione non influisce solo sulle proprietà meccaniche della girante, ma aumenta anche il rischio di corrosione localizzata e guasti per fatica, riducendo significativamente l'affidabilità dell'apparecchiatura. Comprendere le tipologie, i meccanismi di formazione e i metodi di prevenzione della segregazione è essenziale per migliorare la qualità delle giranti in acciaio inossidabile.

Tipi di segregazione e cause

La segregazione si riferisce alla distribuzione non uniforme degli elementi di lega o delle inclusioni all'interno di un getto. In base all’ubicazione e alle caratteristiche, la segregazione può essere classificata come segue:

1. Segregazione della linea centrale
   Le regioni centrali della girante si raffreddano più lentamente, provocando l'accumulo di elementi di lega, con conseguenti variazioni locali di durezza e resistenza alla corrosione.

2. Segregazione periferica
   I bordi si solidificano rapidamente, formando aree con un contenuto di lega inferiore. Queste regioni hanno una tenacità ridotta e sono soggette a crepe e cavitazione.

3. Macrosegregazione
   Gradienti di composizione significativi durante la fusione, solitamente causati da una velocità di colata impropria, da una temperatura dello stampo non uniforme o da uno scarso controllo del metallo fuso.

4. Micro-segregazione
   Distribuzione non uniforme degli elementi a livello dei grani o dei sottogranuli, comunemente manifestata come segregazione di carbonio, cromo o nichel lungo i bordi dei grani, che può compromettere la resistenza alla corrosione e alla fatica.

La segregazione deriva principalmente da un raffreddamento non uniforme, da fluttuazioni della composizione, da una temperatura di colata inadeguata, da una geometria complessa della girante e da un'insufficiente fluidità del metallo fuso. Le forme complesse delle pale accentuano le differenze locali nel tempo di solidificazione, aumentando la probabilità di segregazione.

Misure di controllo del processo per prevenire la segregazione

Selezione corretta dei gradi di acciaio inossidabile

Il materiale per le giranti in acciaio inossidabile deve essere selezionato in base alle condizioni operative. Gli acciai inossidabili austenitici altolegati solidificano lentamente a temperature elevate, rendendoli inclini alla segregazione. La regolazione della composizione della lega e degli oligoelementi può aiutare a controllare il comportamento di solidificazione e ridurre il rischio di segregazione.

Sistema di colata ottimizzato

Un sistema di colata e montante ben progettato garantisce un riempimento uniforme dello stampo, riducendo le zone stagnanti e il raffreddamento irregolare. Il controllo rigoroso della temperatura di colata previene la segregazione della linea centrale causata da surriscaldamento o errori di esecuzione dovuti alle basse temperature.

Progettazione razionale degli stampi

Le fusioni complesse delle giranti beneficiano di stampi segmentati o sezionali per ridurre al minimo le variazioni di spessore, che possono causare una solidificazione non uniforme. Manicotti isolanti o canali di flusso ottimizzati assicurano un raffreddamento uniforme di pale e mozzi, riducendo la macrosegregazione.

Regolamento sul trattamento termico

Il trattamento termico post colata migliora la microsegregazione. Il trattamento della soluzione ridistribuisce gli elementi leganti in modo uniforme, migliorando la resistenza alla corrosione e la tenacità. Il successivo invecchiamento o ricottura può alleviare lo stress residuo e omogeneizzare la microstruttura.

Controllo del flusso del metallo e della velocità di solidificazione

Il mantenimento di temperature di fusione e mantenimento adeguate garantisce una buona fluidità del metallo fuso, evitando al tempo stesso un raffreddamento eccessivamente rapido che può esacerbare la segregazione. Il riscaldamento localizzato o il raffreddamento interno in aree critiche possono aiutare a bilanciare i tassi di solidificazione.

Applicazione delle tecniche di fusione di precisione

La microfusione migliora significativamente l'uniformità interna delle giranti. Il controllo preciso della temperatura e i percorsi di colata ottimizzati riducono la segregazione centrale e periferica, garantendo prestazioni costanti in tutta la fusione.

Ispezione e controllo qualità

La segregazione è difficile da rilevare visivamente e richiede analisi metallografiche, spettroscopia, diffrazione di raggi X e test ad ultrasuoni. L'istituzione di un rigoroso sistema di controllo e ispezione del processo consente il rilevamento tempestivo di potenziali zone di segregazione, consentendo adeguamenti tempestivi del processo e garantendo una qualità di fusione stabile.