Butterfly Valve Disc ved investeringsstøbning

1. Indledning

I sommerfugleventiler, skiven fungerer som det primære flowkontrolelement, direkte påvirker trykfaldet, tætningsintegritet, og aktiveringsmoment.

Følgelig, skivedesign og fremstilling bestemmer ventilens ydeevne langt mere end perifere komponenter.

Investeringsstøbning har vist sig som den foretrukne metode til at fremstille kompleks, højpræcisionsskiver, der opfylder strenge servicekrav.

I denne artikel, vi udforsker alle stadier – fra design og materialevalg til casting, Efterbehandling, og validering - at give professionel, datadrevet indsigt og vægt på bedste praksis.

2. Oversigt over investeringsstøbning

Investeringsstøbning, Også kendt som tabt-wax casting, er en gennemtestet metode til at skabe indviklede metalkomponenter.

Processen begynder med et voksmønster, som er belagt med en keramisk skal for at danne en form.

Efter afvoksning og brænding ved høj temperatur, smeltet metal hældes i hulrummet, og den sidste del afsluttes gennem spolblæsning og bearbejdning.

Sammenlignet med sandstøbning eller bearbejdning, investeringsstøbning tilbyder næsten nettoformgeometri med snævre tolerancer (±0,1 mm) og overfladefinish så glat som Ra ≤ 1.6 µm.

Denne præcision er afgørende for butterflyventilskiver, hvor selv mindre afvigelser kan kompromittere tætningsintegriteten.

Typiske skivedimensioner spænder fra 50 mm til 1,500 mm i diameter, med vægte, der spænder 0.5 kg til 50 kg, Afhængig af applikationen.

3. Materialevalg til sommerfugleventilskiver

Valg af den rigtige legering til et investeringsstøbt Sommerfuglventil skive kræver balancering Korrosionsmodstand, Mekanisk styrke, temperatur evne, og koste.

Under, vi udforsker fire materialefamilier – hver med sine fordele – og fremhæver kvantitative egenskabsmål for at vejlede specifikationerne.

Austenitisk rustfrit stål (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Hvorfor vælge dem? Austenitiske kvaliteter tilbyder fremragende korrosionsbestandighed til almindelig brug i vand, milde syrer, og damp op til 200 ° C..

Takket være deres ansigtscentrerede kubik (FCC) struktur, de holder sejhed ned til –50 °C.

Overgangsnote:

Til ventiler udsat for klorider eller svage syrer, opgradering fra CF8 til CF8M (316) fordobler Pitting Resistance Equivalent Number (Træ) fra ~18 til ~25, markant forlængelse af levetiden i havvand eller saltlage.

Duplex & Super-duplex rustfrit stål (F.eks., SAF 2205, 2507)

Hvorfor vælge dem? Duplex-kvaliteter kombinerer austenit- og ferritfaser for at levere højere flydespænding (~ 800 MPA) og overlegen klorid-spænding-korrosion-revner (SCC) modstand.

Dataindsigt:

I fuld styrke havvand (3.5 % NaCl), 2205 skiver modstår pitting ved op til 80 ° C., mod kun ~ 60 °C for 316L, hvilket gør dem til de foretrukne undersøiske ventiler.

Nikkelbaserede legeringer (Inkonel 625, Monel 400)

Hvorfor vælge dem? Nikkelbaserede superlegeringer modstår temperaturer over 550 °C og modstå oxidation, sulfidering, og klorering - ideel til Højtemperatur og sur-gas applikationer.

Eksempel på anvendelse:

En dampindsprøjtningsventil i et gasturbinesystem specificerede en investeringsstøbt Inconel 625 disk,

som fungerede lækfrit kl 575 ° C og 40 bar for over 18 måneder.

4. Butterfly Valve Disc Designovervejelser

Design af en sommerfuglventilskive involverer en delikat balance mellem hydraulisk ydeevne, Strukturel integritet, og støbbarhed.

Følgelig, ingeniører skal evaluere geometri, trykbelastning, flow dynamik, materialefordeling,

og gating-strategi – hver faktor bidrager til pålidelig drift over millioner af cyklusser.

Diskprofil: Cambered vs. Flad

Først og fremmest, de disk profil dikterer strømningsmodstand og drejningsmoment.

EN kuperede eller "taljet" skive - buet på begge sider - reducerer flowadskillelse med op til 20% sammenlignet med en flad skive og sænker aktiveringsmomentet med ca 25% i typiske 150 mm, PN16 ventiler.

Derudover, camber skaber en selvcentrerende hydrodynamisk kraft, som forbedrer stabiliteten i midten af ​​slaget og forlænger tætningens levetid.

Omvendt, flade skiver forblive populær i lavtryk (≤ 10 bar) og enkle tænd/sluk-applikationer, da de forenkler værktøj og bearbejdning.

Vægtykkelse & Strukturel stivhed

Går videre, vægtykkelse bestemmer både stivhed og støbekvalitet.

Til investeringsstøbte diske, en nominel tykkelse på 4–8 mm understøtter trykklassificeringer op til 40 bar samtidig med at krympeporøsitet undgås.

Desuden, overgangsfilet radier af 3–5 mm ved nav-skive-forbindelsen forhindrer spændingskoncentrationen og fremmer ensartet størkning.

Finite-element analyse (Fea) bekræfter rutinemæssigt, at sådanne sektioner afbøjer mindre end 0.2 mm under a 16 stang differentiale, og derved opretholde tætningens integritet.

Trykbalancering & Forstærkning

Desuden, designere inkorporerer ofte trykudlignende huller eller aflastningsriller i større sommerfugleventilskiver (≥ 300 mm) for at udligne indgangs- og udgangstryk.

Ved at reducere netto ubalanceret kraft med op til 60%, disse funktioner krymper aktuatorstørrelsen med en klasse.

Derudover, lokaliseret ribben på nedstrømsfladen - typisk 4– 6 ribben af 5 mm tykkelse — afstivner disken yderligere uden nævneværdig vægtøgning.

Hydrodynamik & Drejningsmomentreduktion

Lige så vigtigt, hydrodynamiske konturer sikre jævne flowovergange.

Computational fluid dynamics (CFD) analyser fremhæver, at afrundede forkanter med en krumningsradius på 0.1× skive diameter forsinke strømadskillelse,

forbedring af udledningskoefficienten (Cd) fra ~0,65 til ~0,75 kl 50% åbning.

Som et resultat, aktiveringsmomentet falder 15–20%, direkte omsat til lavere driftsenergiomkostninger.

Port, Riser placering & Rollebesætning

Endelig, port- og stigrørsdesign tilpasse skivegeometrien til fejlfri støbning.

Ingeniører placerer hovedporten ved skive-navet, hvor metalpuljer fremmer retningsbestemt størkning mod en enkelt perifer stigrør.

Dette layout sikrer indføring i de sidste størkningszoner, reducerer krympningsfejl til under 0.5% af støbegods.

I tandem, en skaltykkelse på 6 mm og kontrollerede kølehastigheder (≤ 5 °C/min) undgå termisk chok og mikrorevner.

5. Sommerfugleventilskive efter investeringsstøbningsprocesdetaljer

Investeringsstøbning - ofte kaldet mistet voks-omdanner et præcisionsvoksmønster til en metalsommerfugleventilskive via en keramisk form.

Blandt forskellige skalsystemer, silica-sol bindemidler er dukket op som industristandarden for høj integritet, dimensionsnøjagtige støbninger.

Voksværktøj & Mønsterproduktion

• Højpræcisionsmatricer: CNC-bearbejdede formhulrum producerer voksmønstre indeni ±0,05 % af nominelle dimensioner.
• Mønstersamling: Ingeniører sætter indløb og portsystemer – designet til hub-first metal flow – til hvert mønster, samle dem på vokstræer, der rummer 20-50 skiver pr. hældning.

Keramisk shell -bygning (Silica Sol belægning):

Vokssamlingen dyppes i en silica sol opslæmning (en kolloid opløsning af kolloid silica og fine ildfaste partikler) og belagt med stuk (zirkon eller smeltet silicasand).

Denne proces gentages 8-12 gange, med hvert lag tørret ved 70-100°C for at bygge en skaltykkelse på 5-7 mm.

Silica sol-skaller tilbyder overlegen termisk stabilitet og overfladefinish sammenlignet med vandglas- eller ethylsilikatsystemer.

Afvoksning og brænding:

Skallen opvarmes til 850-950°C i en kontrolleret ovn for at smelte voksen ud (afvoksning) og sintrer den keramiske skal.

Dette trin eliminerer resterende kulbrinter og styrker skallen til at modstå smeltet metal.

Brændingstemperaturen er omhyggeligt kalibreret for at undgå revner, samtidig med at det sikres, at skallens ildfasthed matcher den legering, der støbes. (F.eks., 1,500–1.600°C for rustfrit stål).

Metalsmeltning & Skænkeøvelser

• Digel & Ovn: Bruge vakuum induktionsovne (VIM) at smelte legeringer - rustfrit, Duplex, eller nikkel-base-vedligeholde O₂ < 50 ppm og H2 < 5 ppm til rene støbegods.
• Hældningstemperatur: Opretholde 1 480–1 520 ° C. til CF8/CF8M; 1 550–1 600 ° C. for Inconel 625.
• Inert svøb & Tryk for: Anvend argon- eller nitrogenskjolde over formen og påfør et let positivt tryk (0.1–0,3 bar) at drive metal i tynde sektioner, reducere gasporøsitet til < 0.2 %.

Skalfjernelse og efterbehandling:

Efter størkning, den keramiske skal fjernes via kugleblæsning (ved brug af aluminiumoxidkorn) for at afsløre den næsten-net-formede skive.

Den endelige efterbehandling inkluderer trimning af porte/stigerør og polering for at opnå overfladeruhed (Ra) ≤ 1.6 µm,

kritisk for at minimere flowturbulens i ventilen.

Afsluttende varmebehandling

• Løsning af annealing: Varm skiver til 1 050 ° C. (CF8/CF3M) eller 1 100 ° C. (Nikkellegeringer) for 30 min,
  vand-quetch derefter for at opløse adskilte faser og optimere korrosionsbestandigheden.
• Stresslindring (Valgfri): EN 650 ° C., 1-timehold kan afbøde resterende spændinger fra efterbehandlingsoperationer.

Fordele ved Silica Sol til sommerfugleventilskiver

• Overfladefinish: Silica sol-skaller producerer glattere overflader end traditionelle metoder, reducere behovet for efterstøbningsbearbejdning.
  Dette er afgørende for diske, der fungerer i miljøer med høj renhed, såsom farmaceutiske eller drikkevandssystemer.
• Dimensionel præcision: Den stive skalstruktur bevarer snævre tolerancer (±0,1 mm), sikrer koncentricitet og fladhed, der er afgørende for justering af skivesædet.
• Termisk stabilitet: Silica sols høje ildfasthed (op til 1.600°C) forhindrer skalforvrængning under hældning, bevarer indviklede trykbalancerende funktioner på disken.
• Materiel kompatibilitet: Ideel til støbning af austenitisk stål, Duplex -legeringer, og nikkelbaserede superlegeringer, som er almindelige i sommerfugleventilapplikationer.

6. Overfladeintegritet & Korrosionsmodstand

Støbt overfladefinish og efterstøbt polering

Selv med højpræcision silica-sol skaller, as‐cast discs typisk dukker op med Ra 2,5-3,5 µm.

Imidlertid, investeringsstøbningens fine keramiske korn begrænser overfladetoppe til under 10 µm i højden. For at opfylde ventilindustriens standarder - som ofte kræver Ra ≤ 1.6 µm— fabrikanter ansøger:

• Vibrerende tumbling: Keramiske medier og lette slibemidler reducerer Ra med 30-40% på 2-4 timer.
• Præcisionspolering: CNC-styret polering med diamantpasta (3 µm korn) opnår Ra ≤ 0.8 µm på tætningsflader, sikrer lækagefri ydeevne.

Disse trin eliminerer overflademikrohak, der kan forårsage korrosionshuller eller beskadige elastomersæder.

Pickling & Passiveringscyklusser

At bygge en ensartet passiv film og fjerne indlejrede indeslutninger, sommerfugleventilskiver gennemgår:

• Pickling: Fordybelse i en 10 % HNO3–2 % HF løsning kl 50 °C i 20-30 min. opløser overfladeoxider og kalk.
• Skylle & Neutralisering: Efterfølgende skylning i deioniseret vand og et natriumbicarbonatbad neutraliserer resterende syrer.
• Passivering: En anden dukkert i 20 % HNO3 på 60 °C for 30 min fremmer dannelsen af ​​en 2–5 nm Cr2O3 film,
  verificeret via ASTM A967 citrat test.

Overfladeanalytiske undersøgelser viser en 30 % øge i Cr-indhold yderst 50 nm,

oversætte til en passiv-film nedbrydning potentiale stigning på +50 mV i potentiodynamiske test.

Korrosionsydelse i repræsentative medier

Miljø	Diskmateriale	Korrosionshastighed	Test standard
Havvand (3.5% NaCl kl 25 ° C.)	CF8M / 316	0.05 mm/år	ASTM B117 saltspray
Jernklorid (pitting test)	CF8M / 316	Ingen pitting < 24 h	ASTM G48 Metode A
10% H2S04 ved stuetemperatur	CF3M / 316L	0.10 mm/år	ASTM G31 nedsænkning
Overophedet damp @ 550 ° C.	Inkonel 625	0.02 mm/år	Ni-legering oxidationstest

Højtemperaturoxidation og spændingskorrosionsrevner

Til applikationer over omgivelserne:

• Oxidationsmodstand: Inkonel 625 diske udstiller < 0.02 mm/år oxidskala vækst i luft ved 550 ° C..
• SCC modstand: Duplex-støbt SAF 2205 skiver viser ingen klorid SCC ved testning pr ASTM G36 på 80 ° C og 1000 psi for 720 h, bedre end 316L med 40 %.

7. Butterfly Valve Disc Casting Tolerance

Vedligeholdelse af snævre dimensionelle tolerancer på den støbte skive sikrer korrekt pasform, pålidelig tætning, og minimal efterstøbt bearbejdning.

Investeringsstøbning giver finere tolerancer end sandstøbning, men designere skal stadig angive realistiske forventninger for at balancere omkostninger og ydeevne.

Nedenfor er typiske tolerance retningslinjer for investeringsstøbte spjældventilskiver, baseret på ISO 8062-3 (CT8) og industripraksis:

Funktion	Nominel størrelsesområde	Tolerance	Noter
Samlet diameter	Op til 200 mm	± 0.10 mm	Sikrer koncentricitet med ventilhus; kritisk for fuldborede applikationer
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Vægtykkelse	3–8 mm	± 10 % af nominel	Designere opretholder 4-8 mm sektioner for at undgå krympeporøsitet
Navboringsdiameter	Op til 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	Slip fit på skaftet; kan kræve oprømning til H7 for præcisionsaktuatorer
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
Bolt Cirkel & Huller	PCD Ø op til 300 mm	± 0.10 mm	Matcher rørflangestandarder (F.eks., Ansi, FRA)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Ude af rundhed	Enhver cirkulær funktion	≤ 0.05 % af diameter	Sikrer tætningskompressionens ensartethed
Fladhed (Siddeansigt)	På tværs af skivefladen	≤ 0.05 mm	Kritisk for ventilafspærring; ofte malet til den endelige dimension
Kantprofil Radier	Fileter / Chamfers	± 0.5 mm	Designere specificerer 3-5 mm radier for at balancere flow og spændingskoncentration

Praktiske implikationer

1. Seal Engagement: Tolerancer på sædeflader og urundhed påvirker direkte pakningen og O-ringens kompression, påvirker lækagetætheden.
2. Aktiveringsjustering: Navnøjagtighed sikrer koncentrisk skiverotation, reducerer excentrisk belastning på lejer og aktuatorer.
3. Bearbejdningsgodtgørelser: Mens mange sommerfugleventilskiver opfylder finishtolerancer som støbt, kritiske tætningsflader får ofte en let slibning (0.2–0,5 mm lager) for at garantere fladhed og overfladefinish.
4. Inspektionsstrategi: Koordinat-målemaskine (Cmm) revisioner af 100 % af diske validerer overholdelse; statistisk proceskontrol (SPC) markerer tendenser, før de overskrider CT8-grænserne.

8. DENNE Lever værdiskabende tjenester

Ud over produktionen af ​​selve investerings-cast-skiven, DENNE samler nu en række værdiskabende tjenester, der fremskynder time-to-market, reducere den interne arbejdsbyrde:

Præcisionsbearbejdning

• CNC drejer & Fræsning: Leverandører leverer ofte skiver med færdige navboringer, nøglebaner,
  og bolt-hul mønstre til H7/H8 tolerancer (±0,02 mm), eliminerer sekundær bearbejdning.
• Balancering & Boring: Statisk eller dynamisk afbalancering til G6.3-gradgrænser (< 2.5 µm ubalance pr. mm) til diske ≥ 300 mm diameter, plus valgfri udluftnings- eller balancehulsboring.

Varmebehandling

• Løsning Udglødning: Vakuum- eller saltbadsudglødning kl 1 050–1 100 °C fulgte
  ved hurtig quenching genoprette duplex og austenitiske mikrostrukturer, sikre fuld korrosionsbestandighed.
• Stresslindring: Underkritisk holder ved 600–650 °C i 1–2 timer reducerer resterende spændinger
  fra bearbejdning eller svejsning med op til 60%, forhindre forvrængning i den endelige samling.

Overfladebehandlinger

• Polering & Klapper: Den endelige afslutning ned til Ra ≤ 0.4 µm på tætningsflader sikrer lækagefri ydeevne; typisk vending: 1–3 dage pr. batch af 20–50 diske.
• Overtræk & Foringer: Epoxy, Ptfe, eller keramiske belægninger tilføjer kemisk resistens i aggressive medier; tykkelseskontrol til ±10 µm opfylder OEM specifikationer.

Brugerdefineret emballage & Logistik

• Beskyttende kasse: ISO-kompatible trækasser med anti-korrosions VCI indsatser, stødovervågningssensorer, og fugtindikatorer beskytter diske under transport.
• Hurtig forsendelse: Fremskyndet luftfragt eller "mælkedrevet" konsolidering reducerer gennemløbstider til 2–3 uger fra ordre til dør, sammenlignet med standard søfragt på 6-8 uger.

9. Konklusioner

Investeringsstøbning giver en et-trin vej til højtydende sommerfugleventilskiver, levere komplekse geometrier, stramme tolerancer (±0,1 mm), og overlegen overfladefinish (Ra ≤ 1.6 µm).

Ved at vælge passende legeringer – lige fra CF8M rustfrit til Inconel 625 – og anvende strenge proceskontroller og inspektioner,

producenter opnår skiver, der opfylder mekaniske mål (trækstyrke ≥ 550 MPA; forlængelse ≥ 25 %), udviser enestående korrosionsbestandighed,

og opretholde krævende serviceforhold på tværs af vandbehandling, olie & gas, og elproduktionssektorer.