Perhonen venttiililevy sijoitusvaluilla

1. Esittely

Läppäventtiileissä, kiekko toimii ensisijaisena virtauksensäätöelementtinä, vaikuttaa suoraan paineen laskuun, tiivistyksen eheys, ja käyttömomentti.

Siten, levyn suunnittelu ja valmistus määräävät venttiilin suorituskyvyn paljon enemmän kuin oheiskomponentit.

Investointi on noussut suosituimmaksi menetelmäksi kompleksien tuottamiseksi, erittäin tarkkoja levyjä, jotka täyttävät tiukat huoltovaatimukset.

Tässä artikkelissa, tutkimme jokaista vaihetta suunnittelusta ja materiaalin valinnasta valuun, viimeistely, ja validointi – ammattilaisten tarjoaminen, tietopohjaisia ​​oivalluksia ja parhaiden käytäntöjen korostamista.

2. Investment Castingin yleiskatsaus

Investointi, Tunnetaan myös nimellä Lost-Wax Casting, on aika-testattu menetelmä monimutkaisten metalliosien luomiseen.

Prosessi alkaa vahakuviolla, joka on päällystetty keraamisella kuorella muotin muodostamiseksi.

Vahanpoiston ja korkeassa lämpötilassa polton jälkeen, sulaa metallia kaadetaan onteloon, ja viimeinen osa viimeistellään ruiskupuhalluksella ja työstyksellä.

Verrattuna hiekkavaluon tai koneistukseen, sijoitusvalu tarjoaa lähes verkon muotogeometrian tiukoilla toleransseilla (± 0,1 mm) ja pintakäsittelyt yhtä sileät kuin Ra ≤ 1.6 µm.

Tämä tarkkuus on elintärkeää läppäventtiililevyille, joissa pienetkin poikkeamat voivat vaarantaa tiivisteen eheyden.

Tyypilliset levyn mitat vaihtelevat 50 mm asti 1,500 mm halkaisijaltaan, painot ulottuvat 0.5 kg 50 kg, hakemuksesta riippuen.

3. Materiaalivalikoima läppäventtiililevyille

Oikean metalliseoksen valinta investointivalua varten läppäventtiili levy vaatii tasapainotusta korroosionkestävyys, mekaaninen lujuus, lämpötilan kyky, ja maksaa.

Alla, tutkimme neljää materiaaliperhettä – jokaisessa on etunsa – ja korostamme kvantitatiivisia kiinteistökohteita määrittelyn ohjaamiseksi.

Austeniittiset ruostumattomat teräkset (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Miksi valita ne? Austeniittiset laadut tarjoavat erinomaisen yleiskäyttöisen korroosionkestävyyden vedessä, miedot hapot, ja höyrytä asti 200 ° C.

Kiitos niiden kasvokeskeisen kuution (FCC) rakenne, ne säilyttävät sitkeyden -50 °C asti.

Siirtymähuomautus:

Venttiileille, jotka ovat alttiina klorideille tai heikoille hapoille, päivitys CF8:sta CF8M:ään (316) kaksinkertaistaa Pitting Resistance -ekvivalenttiluvun (Puu) ~18 - ~25, pidentää merkittävästi käyttöikää merivedessä tai suolavedessä.

Dupleksi & Super-Duplex ruostumattomat teräkset (ESIM., LAK 2205, 2507)

Miksi valita ne? Duplex-laaduissa yhdistyvät austeniitti- ja ferriittifaasit korkeamman myötörajan saavuttamiseksi (~ ~ 800 MPA) ja ylivoimainen kloridi-jännitys-korroosio-halkeilu (SCC) vastus.

Data -oivallus:

Täysivoimaisessa merivedessä (3.5 % NaCl), 2205 levyt kestävät pistesyöpymistä jopa 80 ° C, verrattuna vain ~ 60 °C 316 litralle, tekee niistä suosituimpia vedenalaisia ​​venttiileitä.

Nikkelipohjaiset seokset (Kattaa 625, Moneli 400)

Miksi valita ne? Nikkelipohjaiset superseokset kestävät korkeampia lämpötiloja 550 °C ja kestää hapettumista, sulfidoituminen, ja klooraus – ihanteellinen korkea lämpötila ja hapan kaasu sovellukset.

Sovellusesimerkki:

Kaasuturbiinijärjestelmän höyryruiskutusventtiili määritteli investointivaletun Inconelin 625 levy,

joka toimi vuotamattomana klo 575 °C ja 40 baari yli 18 kuukautta.

4. Butterfly Valve -levyn suunnitteluun liittyviä näkökohtia

Läppäventtiililevyn suunnitteluun liittyy herkkä tasapaino hydraulisen suorituskyvyn välillä, rakenteellinen eheys, ja keltaisuus.

Siten, insinöörien on arvioitava geometria, painekuormitus, virtausdynamiikka, materiaalin jakelu,

ja porttistrategia – jokainen tekijä edistää luotettavaa toimintaa miljoonien jaksojen aikana.

Levyprofiili: Kamerottu vs. Tasainen

Ennen kaikkea, se levyn profiili määrää virtausvastuksen ja vääntömomentin.

Eräs kaareva tai "vyötäröinen" levy – kaareva molemmilta puolilta – vähentää virtauksen eroa jopa 20% litteään levyyn verrattuna ja alentaa käyttömomenttia noin 25% tyypillisessä 150 mm, PN16 venttiilit.

Lisäksi, camber luo itsekeskittyvän hydrodynaamisen voiman, mikä parantaa keskiiskun vakautta ja pidentää tiivisteen käyttöikää.

Päinvastoin, litteitä levyjä ovat edelleen suosittuja alhaisessa paineessa (≤ 10 baari) ja yksinkertaiset päälle/pois sovellukset, koska ne yksinkertaistavat työkaluja ja koneistusta.

Seinämän paksuus & Rakenteellinen jäykkyys

Jatketaan, seinämän paksuus määrittää sekä jäykkyyden että valulaadun.

Investointilevyille, nimellispaksuus 4-8 mm tukee paineluokituksia aina 40 baari samalla välttäen kutistumishuokoisuutta.

Lisäksi, siirtymäsäteet 3–5 mm napa-levy risteyksessä estävät jännityksen keskittymisen ja edistävät tasaista jähmettymistä.

Elementtianalyysi (Fea) vahvistaa rutiininomaisesti, että tällaiset osat taipuvat vähemmän kuin 0.2 mm alle a 16 tankoero, säilyttäen siten tiivisteen eheyden.

Paineen tasapainotus & Vahvistaminen

Lisäksi, suunnittelijat usein sisällyttävät siihen paineen tasausreiät tai helpotusurat suuremmissa läppäventtiililevyissä (≥ 300 mm) tasaamaan tulo- ja ulostulopaineet.

Vähentämällä epätasapainoista nettovoimaa jopa 60%, Nämä ominaisuudet pienentävät toimilaitteen kokoa yhdellä luokalla.

Lisäksi, lokalisoitu resori alavirran puolella - tyypillisesti 4– 6 kylkiluuta - 5 mm paksuus – jäykistää levyä entisestään ilman huomattavaa painonnousua.

Hydrodynamiikka & Vääntömomentin vähennys

Yhtä tärkeää, hydrodynaamiset ääriviivat varmistaa sujuvat virtauksen siirtymät.

Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD) analyysit korostavat pyöristetyt etureunat, joiden kaarevuussäde on 0.1× levyn halkaisija delay flow separation,

improving the discharge coefficient (Cd) from ~0.65 to ~0.75 at 50% avaaminen.

Seurauksena, actuation torque drops by 15–20 %, directly translating into lower operational energy costs.

Portti, Nousuputken sijoitus & Kestävyys

Lopuksi, gating and riser design adapt the disc geometry for defect-free casting.

Engineers place the main gate at the disc hub, where metal pools promote directional solidification toward a single peripheral riser.

This layout ensures feeding into the last solidifying zones, reducing shrinkage defects to under 0.5% of castings.

In tandem, a shell thickness of 6 mm and controlled cooling rates (≤ 5 °C/min) avoid thermal shock and microcracking.

5. Butterfly Valve Disc Investment Casting -prosessin tiedot

Investment casting—often called kadonnut vaha—transforms a precision wax pattern into a metal butterfly valve disc via a ceramic mold.

Among various shell systems, silica‐sol binders have emerged as the industry standard for high‐integrity, dimensionally accurate castings.

Vahatyökalut & Kuvion tuotanto

• High‐Precision Dies: CNC-machined die cavities produce wax patterns within ±0,05 % of nominal dimensions.
• Kuvion kokoonpano: Engineers attach sprues and gating systems—designed for hub‐first metal flow—to each pattern, assembling them on wax trees that hold 20–50 discs per pour.

Keraaminen kuorirakennus (Silica Sol pinnoite):

The wax assembly is dipped into a silica sol slurry (a colloidal solution of colloidal silica and fine refractory particles) ja päällystetty stukkilla (zircon or fused silica sand).

This process is repeated 8–12 times, with each layer dried at 70–100°C to build a shell thickness of 5–7 mm.

Silica sol shells offer superior thermal stability and surface finish compared to water glass or ethyl silicate systems.

Vahanpoisto ja poltto:

The shell is heated to 850–950°C in a controlled furnace to melt out the wax (vahanpoisto) and sinter the ceramic shell.

This step eliminates residual hydrocarbons and strengthens the shell to withstand molten metal.

The firing temperature is carefully calibrated to avoid cracking while ensuring the shell’s refractoriness matches the alloy being cast (ESIM., 1,500–1,600°C for stainless steels).

Metallin sulatus & Kaatokäytännöt

• Upokas & Uunin: Käyttää vacuum induction furnaces (VIM) to melt alloys—stainless, dupleksi, or nickel‐base—maintaining O₂ < 50 ppm and H₂ < 5 ppm for clean castings.
• Kaatamislämpötila: ylläpitää 1 480–1 520 ° C for CF8/CF8M; 1 550–1 600 ° C for Inconel 625.
• Inert Shrouding & Pressure Pour: Employ argon or nitrogen shrouds over the mold and apply slight positive pressure (0.1–0.3 bar) to drive metal into thin sections, reducing gas porosity to < 0.2 %.

Kuoren poisto ja viimeistely:

Jähmettymisen jälkeen, the ceramic shell is removed via shot-blasting (using aluminum oxide grit) to reveal the near-net shape disc.

Final finishing includes trimming gates/risers and polishing to achieve surface roughness (Rata) ≤ 1.6 µm,

critical for minimizing flow turbulence in the valve.

Viimeinen lämpökäsittely

• Ratkaisu: Heat discs to 1 050 ° C (CF8/CF3M) tai 1 100 ° C (nikkeliseokset) puolesta 30 mini,
  then water‐quench to dissolve segregated phases and optimize corrosion resistance.
• Stressin lievitys (Valinnainen): Eräs 650 ° C, 1-hour hold can mitigate residual stresses from finishing operations.

Silica Solin edut läppäventtiililevyille

• Pintapinta: Silica sol shells produce smoother surfaces than traditional methods, reducing the need for post-casting machining.
  This is vital for discs operating in high-purity environments like pharmaceutical or potable water systems.
• Ulottuvuus tarkkuus: The rigid shell structure maintains tight tolerances (± 0,1 mm), ensuring concentricity and flatness critical for disc-seat alignment.
• Lämmönvakaus: Silica sol’s high refractoriness (up to 1,600°C) prevents shell distortion during pouring, preserving intricate pressure-balancing features on the disc.
• Aineellinen yhteensopivuus: Ideal for casting austenitic steels, duplex-lejeeringit, ja nikkelipohjaiset superseokset, which are common in butterfly valve applications.

6. Pinnan eheys & Korroosionkestävyys

As-Cast -pinnan viimeistely ja jälkikiillotus

Even with high‐precision silica‐sol shells, as‐cast discs typically emerge with Ra 2.5–3.5 µm.

Kuitenkin, investment casting’s fine ceramic grains limit surface peaks to under 10 µm in height. To meet valve‐industry standards—which often require Ra ≤ 1.6 µm—manufacturers apply:

• Vibratory Tumbling: Ceramic media and light abrasives reduce Ra by 30–40% in 2–4 hours.
• Precision Polishing: CNC‐guided polishing with diamond paste (3 µm grit) achieves Ra ≤ 0.8 µm on sealing faces, ensuring leak-free performance.

These steps eliminate surface micro‐notches that could initiate corrosion pits or damage elastomeric seats.

Pintalingling & Passivointisyklit

To build a uniform passive film and remove embedded inclusions, butterfly valve discs undergo:

• Pintalingling: Immersion in a 10 % HNO₃–2 % HF solution at 50 °C for 20–30 min dissolves surface oxides and scale.
• Huuhtele & Neutralization: Subsequent rinsing in deionized water and a sodium bicarbonate bath neutralizes residual acids.
• Passivointi: A second dip in 20 % HNO3 at 60 ° C 30 min promotes formation of a 2-5 nm Cr₂O3 -kalvo,
  verified via ASTM A967 citrate testing.

Surface analytical studies show a 30 % lisätä in Cr content at the outermost 50 nm,

translating into a passive‐film breakdown potential rise of +50 mV in potentiodynamic tests.

Korroosion suorituskyky edustavissa tiedotusvälineissä

Ympäristö	Disc Material	Corrosion Rate	Testistandardi
Merivesi (3.5% NaCl at 25 ° C)	CF8M / 316	0.05 mm/vuosi	ASTM B117 salt spray
Ferric Chloride (pitting test)	CF8M / 316	No pitting < 24 h	ASTM G48 Method A
10% H₂SO₄ at room temperature	CF3M / 316Lens	0.10 mm/vuosi	ASTM G31 immersion
Superheated Steam @ 550 ° C	Kattaa 625	0.02 mm/vuosi	Ni‐alloy oxidation test

Korkean lämpötilan hapettuminen ja jännityskorroosiohalkeilu

For applications above ambient:

• Hapettumiskestävyys: Kattaa 625 discs exhibit < 0.02 mm/year oxide scale growth in air at 550 ° C.
• SCC-vastus: Duplex‐cast SAF 2205 discs show no chloride SCC when tested per ASTM G36 at 80 °C ja 1000 psi for 720 h, outperforming 316L by 40 %.

7. Butterfly Valve -levyn valutoleranssi

Maintaining tight dimensional tolerances on the cast disc ensures proper fit, luotettava tiivistys, and minimal post-cast machining.

Investment casting delivers finer tolerances than sand casting, but designers must still specify realistic expectations to balance cost and performance.

Below are typical suvaitsevaisuus guidelines for investment-cast butterfly valve discs, based on ISO 8062-3 (CT8) and industry practice:

Ominaisuus	Nominal Size Range	Suvaitsevaisuus	Muistiinpanot
Overall Diameter	Jopa 200 mm	± 0.10 mm	Ensures concentricity with valve body; critical for full-bore applications
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Seinämän paksuus	3-8 mm	± 10 % of nominal	Designers maintain 4–8 mm sections to avoid shrink porosity
Hub Bore Diameter	Jopa 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	Slip fit onto shaft; may require reaming to H7 for precision actuators
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
Pultin ympyrä & Reiät	PCD Ø up to 300 mm	± 0.10 mm	Matches pipe flange standards (ESIM., ANSI, -Sta)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Out-of-Roundness	Any circular feature	≤ 0.05 % of diameter	Ensures seal compression uniformity
Tasaisuus (Seating Face)	Across disc face	≤ 0.05 mm	Critical for valve shut-off; often ground to final dimension
Edge Profile Radii	Fileet / viisteet	± 0.5 mm	Designers specify 3–5 mm radii to balance flow and stress concentration

Käytännön vaikutukset

1. Seal Engagement: Tolerances on seating faces and out-of-roundness directly impact packing and O-ring compression, affecting leak tightness.
2. Actuation Alignment: Hub-bore accuracy ensures concentric disc rotation, reducing eccentric loading on bearings and actuators.
3. Työstökorvaukset: While many butterfly valve discs meet finish tolerances as-cast, critical sealing surfaces often receive a light grind (0.2–0.5 mm stock) to guarantee flatness and surface finish.
4. Inspection Strategy: Coordinate-measuring machine (CMM) audits of 100 % of discs validate compliance; statistical process control (SPC) flags trends before they exceed CT8 limits.

8. Tämä Supply Value-Added Services

Beyond production of the investment-cast disc itself, Tämä now bundles a suite of value-added services that accelerate time-to-market, reduce in-house workload:

Tarkkuuskone

• CNC-sorvaus & Jyrsintä: Suppliers often deliver discs with finished hub bores, kiilaurat,
  and bolt-hole patterns to H7/H8 tolerances (± 0,02 mm), eliminating secondary machining.
• Balancing & Poraus: Static or dynamic balancing to G6.3 grade limits (< 2.5 µm unbalance per mm) for discs ≥ 300 mm diameter, plus optional bleed or balance-hole drilling.

Lämmönkäsittely

• Ratkaisu Hehkutus: Vacuum or salt-bath anneals at 1 050–1 100 °C followed
  by rapid quenching restore duplex and austenitic microstructures, ensuring full corrosion resistance.
• Stressin lievitys: Sub-critical holds at 600–650 °C for 1–2 hours reduce residual stresses
  from machining or welding by up to 60%, preventing distortion in final assembly.

Pintakäsittelyt

• Kiillotus & Rypäle: Final finishes down to Ra ≤ 0.4 µm on sealing faces ensure leak-free performance; typical turnaround: 1–3 days per batch of 20–50 discs.
• Pinnoitteet & Vuoraukset: Epoksi, Ptfe, or ceramic coatings add chemical resistance in aggressive media; thickness control to ±10 µm meets OEM specifications.

Mukautettu pakkaus & Logistiikka

• Protective Crating: ISO-compliant wooden crates with anti-corrosion VCI inserts, shock-monitoring sensors, and humidity indicators safeguard discs during transit.
• Fast-Track Shipping: Expedited air-freight or “milk-run” consolidation cuts lead times to 2–3 weeks from order to door, compared with standard sea-freight of 6–8 weeks.

9. Johtopäätökset

Investment casting provides a one-step route to high-performance butterfly valve discs, delivering complex geometries, tiukka toleranssit (± 0,1 mm), ja erinomaiset pintakäsittelyt (Ra ≤ 1.6 µm).

By selecting appropriate alloys—ranging from CF8M stainless to Inconel 625—and applying rigorous process controls and inspections,

manufacturers achieve discs that meet mechanical targets (tensile ≥ 550 MPA; venymä ≥ 25 %), exhibit outstanding corrosion resistance,

and sustain demanding service conditions across water treatment, öljy & kaasu, ja sähköntuotannon aloilla.