چگونه تنش پسماند در ریخته گری پروانه تیغه بر عمر طولانی مدت پروانه تاثیر می گذارد

ریخته گری پروانه تیغه ای قلب ماشین‌های سیال، اغلب در محیط‌هایی با سرعت بالا، فشار بالا، محیط‌های خورنده و دماهای متغیر کار می‌کنند. در حین کار، پروانه ها تحت بارهای پیچیده ای از جمله تنش های گریز از مرکز، هیدرولیک و حرارتی قرار می گیرند. با این حال، علاوه بر این بارهای خارجی، یک تهدید پنهان در کمین ریخته گری وجود دارد: استرس پسماند. تنش پسماند یک سیستم تنش خود متعادل کننده است که در داخل توسط انقباض ناهموار یا تغییرات حجم در طول انتقال فاز و فرآیندهای عملیات حرارتی ایجاد می شود. برای ریخته‌گری‌های پروانه‌ای پیچیده هندسی، وجود تنش پسماند تأثیر مهمی بر عمر طولانی‌مدت عملیاتی و یکپارچگی ساختاری پروانه دارد.

ارتباط مستقیم بین استرس باقیمانده و خطر ترک خوردگی

القای ترک های ریخته گری

سطوح بالای تنش پسماند کششی، نیروی محرکه اصلی در پشت ترک‌خوردگی سرد و گرم در قطعات ریخته‌گری است. در ریخته گری پروانه تیغه، سطح مشترک ضخیم بین تیغه و توپی (هاب/پوشش) و تغییرات ناگهانی هندسی مناطق پرخطر برای تمرکز تنش پسماند هستند.

تنش پسماند کششی: اگر این تنش کششی داخلی از استحکام تسلیم یا استحکام کششی ماده بیشتر شود، حتی در حالت استاتیک پس از ریخته‌گری می‌تواند منجر به ترک‌های ماکرو فوری یا تاخیری شود.

ترک خوردگی تاخیری: به خصوص برای آلیاژهای خاص، مانند فولاد ضد زنگ مارتنزیتی یا آلیاژهای خاصی بر پایه نیکل، تنش پسماند همراه با شکنندگی هیدروژنی می تواند باعث ایجاد تاخیر در ترک شود. تشخیص این عیب اغلب در هنگام بازرسی کارخانه دشوار است، اما می تواند منجر به خرابی ناگهانی در اوایل عمر پروانه شود.

اثر برهم نهی استرس

پس از راه اندازی پروانه، تنش های کششی پسماند بر تنش های عملیاتی خارجی سوار می شوند.

تمرکز تنش: تنش گریز از مرکز ایجاد شده توسط پروانه در طول چرخش با سرعت بالا در ریشه تیغه به حداکثر خود می رسد. اگر تنش کششی پسماند ریخته گری قابل توجهی نیز در این ناحیه وجود داشته باشد، تنش کل محلی حاصل می تواند به مراتب از حد ایمنی ماده فراتر رود.

تسلیم و تغییر شکل: تنش های روی هم ممکن است باعث شود مواد موضعی زودتر از موعد وارد مرحله تغییر شکل پلاستیک شده و منجر به اعوجاج هندسی پروانه، برهم زدن تعادل دینامیکی آن و در نهایت ایجاد لرزش شدید و آسیب یاتاقان شود.

تأثیر استرس پسماند بر زندگی خستگی و رفتار خوردگی

کاهش قابل توجه در زندگی خستگی

ریخته گری پروانه تیغه ای بیشتر تحت بارهای متناوب کار می کند و عمر خستگی آنها یک شاخص کلیدی برای اطمینان طولانی مدت است.

شروع ترک خستگی سریع: تنش پسماند کششی به طور موثر تنش متوسط ​​چرخه تنش را افزایش می دهد. با توجه به معیارهای خستگی گودمن یا هایگ، افزایش میانگین تنش به طور قابل توجهی حد خستگی ماده را کوتاه می کند و شروع ترک خستگی را در عیب تسریع می کند.

نیروی محرکه برای رشد خستگی: تنش کششی پسماند نیروی محرکه بیشتری را برای ریزترک‌های آغاز شده فراهم می‌کند و باعث می‌شود آنها در نواحی حساس باربر پروانه با سرعت بیشتری منتشر شوند و منجر به شکست زودرس خستگی شود.

ترک خوردگی تنشی تسریع شده (SCC)

بسیاری از قطعات ریخته گری پروانه، به ویژه آنهایی که از فولاد ضد زنگ یا فولاد دوبلکس ساخته شده اند، برای کار در محیط های خورنده (مانند محلول های کلرید) مورد نیاز هستند.

حساسیت SCC: ترک خوردگی تنشی (SCC) یک حالت شکست ناشی از اثرات ترکیبی خوردگی و تنش کششی است. تنش کششی پسماند به تنهایی برای ایجاد شرایط تنش لازم برای SCC کافی است.

اثر آندی موضعی: مرزهای دانه یا ریزساختارها در نواحی با تنش پسماند بالا ممکن است بیشتر فعال شده و آندهای موضعی را تشکیل دهند. این امر خوردگی الکتروشیمیایی را تسریع می‌کند و باعث می‌شود که در دماهای بسیار پایین‌تر از قدرت تسلیم مواد، ترک‌های شکننده به سرعت رخ دهد. این برای پروانه های ساخته شده از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی که در کاربردهای پتروشیمی و دریایی استفاده می شوند بسیار خطرناک است.

کنترل بحرانی تنش پسماند در فرآیند ریخته گری

کنترل تنش پسماند در ریخته‌گری‌های پروانه تیغه‌ای یکی از وظایف اولیه مهندسان ریخته‌گری است.

ضرورت عملیات حرارتی: بازپخت تنش زدایی یا درمان‌های محلول خاص معمولاً برای آزادسازی یا توزیع مجدد تنش‌های پسماند استفاده می‌شود. کنترل دقیق نرخ گرمایش، زمان نگهداری و دما و سرعت سرمایش برای جلوگیری از وارد شدن تنش‌های حرارتی جدید یا تأثیر بر ریزساختار مواد بسیار مهم است.

بهینه‌سازی انجماد و خنک‌سازی: با بهینه‌سازی طراحی قالب و سرعت خنک‌سازی، مانند استفاده از سرما یا کنترل دمای قالب داغ، می‌توان به انجماد همزمان و خنک‌سازی یکنواخت در تمامی اجزای پروانه دست یافت و تنش‌های پسماند را در منبع آنها به حداقل رساند.