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CN107208653A - 起流动引导作用的构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种起流动引导作用的构件。该构件具有至少一个用于与流动的介质接触的功能区域(8)。此外，该起流动引导作用的构件具有至少一个带有起承载作用的特性的功能区域(7)。这两个功能区域由构建材料制造。这通过借助于辐射相继固结覆层来实现。功能区域的不同特性通过辐射的变化来产生。

Description

起流动引导作用的构件
技术领域
本发明涉及一种起流动引导作用的构件，其带有至少一个用于与流动的介质接触的功能区域和至少一个带有起承载作用的特性的功能区域。
背景技术
这样的起流动引导作用的构件可以是离心泵(Kreiselpumpe，有时也称为回转泵)的部件、例如叶轮(Laufrad)或泵罩壳，或者是配件的部件、例如阻断体或阀罩壳。
叶轮不仅必须具有起承载作用的特性，因为该叶轮布置在离心泵的罩壳中并且由轴驱动。此外，叶轮的与待输送的介质产生接触的面、尤其叶轮边缘是特别抗磨损的。那么这主要是这样的情形，即，叶轮用于输送含固体的介质。固体颗粒导致在叶轮处的磨损。同样叶轮必须抵抗可能出现的气蚀(Kavitation)。
在此带有起承载作用的特性的功能区域应具有较高的强度和较低的脆性。与此相反，叶轮的功能区域(其与待输送的介质产生接触并且因此受磨蚀负荷)由硬的、抗磨损的材料实施。
在传统的叶轮中，这例如通过覆层来解决，在此带有起承载作用的特性的叶轮的功能区域由在较高的强度时带有较小脆性的材料制造。然后在该功能区域上施覆由其他的化学材料组成的覆层，例如通过钴铬钨化(Stellitieren)。因此显著的成本、较高的耗费和受限的可回收性相联系。
在文件DE 37 31 161 A1中描述了一种离心泵叶轮，其由多个板件组合而成。为了获得坚硬的构架，传递能量的叶片仅被固定在起力传递作用的盖片(Deckscheibe)处。构造为单个部件的吸入口形成叶轮的进入区域。该吸入口覆盖叶片开端。遮盖叶片通道的无叶片的盖片在叶轮出口和吸入口的最大的直径之间固定在叶片处。
文件DE 40 31 936 A1涉及一种多件式的且由不同材料组成的用于离心泵的扩散器(Leiteinrichtung，有时也称为换热器)。相应于投入使用的材料在热负荷中得出不同的膨胀系数。取决于相应的温度，扩散器的在径向上起作用的配合部位(Passungsstelle)的仅一个配合部位一直负重。在较冷的运行状态中这是位于较小直径上的配合部位，而在较冷的运行状态中这是位于较大直径上的配合部位。
发明内容
本发明的任务是，给出一种具有带有不同特性的功能区域的起流动引导作用的构件。在此，起流动引导作用的构件的与待输送的介质产生接触的面和边缘应是特别抗磨损的并且同样应抵抗出现的气蚀。此外，构件应具有带有特别有利的起承载作用的特性的功能区域。该起流动引导作用的构件应通过较长的寿命和可靠的运行方式而出众。此外应避免通过不同的热膨胀系数的损害。此外该构件应通过良好的可回收性而出众。
根据本发明，该任务通过带有权利要求1的特征的起流动引导作用的构件并且通过用于制造这样的构件的带有权利要求12的特征的方法解决。在从属权利要求中实施了优选的变型方案。
根据本发明，起流动引导作用的构件的不同的功能区域由构建材料(Aufbaumaterial)通过借助于辐射相继熔化和固化覆层来制造。起流动引导作用的构件的各个功能区域的不同特性在此通过辐射的变化来产生。通过有针对性地控制局部的热引入，在构造起流动引导作用的构件时已经进行了材料特性的修改。由此实现，在化学同质的材料的构件中生成不同材料状态和由此不同特性的区块和组织。
根据本发明的起流动引导作用的构件具有功能区域，其特性有针对性地借助于形成的制造方法来生成。该构件是这样的构件(例如离心泵的叶轮或阀座)，其相应具有不同的功能区域，所述功能区域在其特定的特性中被优化到相应的应用上。起流动引导作用的构件的不同的功能区域可具有不同的强度、可变形性、抗磨损性或抗气蚀性。
为了生成起流动引导作用的构件，在构建构件时为了改变在材料的微体积中的机械特性实现了能量输入的有针对性的控制。放弃了后来的热处理，从而维持局部出现的不同的材料状态。同样不再需要耗费的覆层。
优选地，用于制造起流动引导作用的构件的构建材料是金属的粉末微粒。对于本发明的一种变型方案中，对此使用了含铁的和/或含钴的粉末颗粒。所述粉末颗粒可含有添加物，例如铬、钼或镍。
金属的构建材料以粉末形式以较薄的覆层被施加到板上。该粉末状的材料借助于辐射在相应期望的部位处被局部完全地再熔化并且在固化后形成坚固的材料覆层。接着该底板以覆层厚度的量下降并且重新施覆粉末。该循环一直被重复，直到所有的覆层被再熔化。制成的构件清洁掉剩余的粉末。
例如激光射线可作为辐射投入使用，该激光射线产生由各个粉末覆层组成的起流动引导作用的构件。用于引导激光射线的数据基于3D-CAD-体借助于软件生成。备选于可选的激光熔化，电子射线(EBM)也可投入使用。
以该方式产生的起流动引导作用的构件根据本发明具有带有不同机械特性的功能区域。尽管用于产生构件的构建材料是化学上一致的，但根据本发明不同的金属组织通过辐射的变化制造。由此出现带有不同的金属组织的单件式的构件。
这样通过辐射引入的能量输入在与介质产生接触的功能区域中相区分，例如主要具有起承载作用的特性的功能区域的面。这可例如通过辐射的强度的变化来实现。同样，扫描速度(激光射线以该扫描速度在各个粉末覆层之上行进)影响能量输入和由此出现的组织。
具有起承载作用的特性的功能区域在此优选地具有比与介质产生接触的功能区域更大的强度
与此不同，与介质产生接触的功能区域的硬度相比于具有起承载作用的特性的功能区域的硬度更大。
不同的功能区域的韧性和/或断裂伸长率(Bruchdehnung)可通过经由辐射的能量输入有针对地被影响，以便生成起流动引导作用的构件的不同特性。
在此证实为有利的是，带有起承载作用的特性的功能区域具有大于40J的缺口冲击功(Kerbschlagarbeit)并且与流动的介质产生接触的功能区域具有小于10J的缺口冲击功。
附图说明
从根据附图的实施例的描述以及从附图本身得出本发明的另外的特征和优点。
在此:
图1示出了离心泵组件的截面图，
图2示出了离心泵的叶轮，
图3示出了阀的截面图。
具体实施方式
图1示出了穿过带有叶轮1的离心泵组件的截面图，该叶轮1布置在罩壳2中。该罩壳具有以吸入接管3的形式的流体输入口和以压力接管4的形式的流体输出口。罩壳2在实施例中是螺旋罩壳(Spiralgehäuse)。
叶轮1实施为径向叶轮并且由轴5驱动。轴5由在该图示中未示出的马达置于旋转中。轴5通过轴承6支撑。
图2示出了叶轮1，该叶轮1具有多个功能区域7,8,9,10。形成用于轴5的毂的功能区域7具有较高的强度和较低的脆性。
叶轮的形成叶片的功能区域8与此相反配备有较大的硬度，从而该功能区域是特别抗磨损的和抗气蚀的。
在实施例中，叶轮具有形成盖片的功能区域9以及形成承载片(Tragscheibe)的功能区域10。每个功能区域配备有专门地与该应用一致的特性。
为产生叶轮的该特性，相继执行下面的步骤:
首先，含铁材料的金属粉末以较薄的覆层施加在板上。在实施例中该粉末是铬钼钢(Chrommolybdänstahl)的粉末。
在应构造有叶轮的部位处作用有激光射线并且使粉末状的微粒相互熔化在一起。
在固化后出现叶轮1的相应功能区域的材料覆层。
接着底板以覆层厚度的量下降并且被重新施覆粉末。
一直重复该循环，直到所有的覆层被再熔化。
制成的构件清洁掉剩余的粉末。
叶轮的3D形状作为数据记录存储在软件中。激光射线由控制机构如此地行进，以至于该激光射线通过在以粉末覆层施覆的板上相应可选地熔化相应的区域而熔化出叶轮的形状并且然后固化该区域。
根据本发明，如此改变能量输入，以至于产生带有不同组织和不同特定特性的不同功能区域7,8,9,10，从而产生带有优化的组分的叶轮。该叶轮是单件式的构件。
图3示出了阀的截面图。该阀具有单件式的罩壳11。在罩壳11中布置有阻断体12，该阻断体12可经由主轴13借助于驱动装置14在竖直方向上移位。
单件式的罩壳11的形成阀座的功能区域15具有较大的硬度。单件式的罩壳11的在图3中构造为以法兰的形式的联接元件的功能区域16具有较高的抗拉强度。

Claims (13)

1.一种起流动引导作用的构件，其带有至少一个用于与流动的介质接触的功能区域(8)和至少一个带有起承载作用的特性的功能区域(7)，
其特征在于，
所述功能区域(7,8,9,10,15,16)由构建材料通过借助于辐射相继固结覆层来制造并且所述功能区域(7,8,9,10,11,15,16)的不同特性通过所述辐射的变化来产生。
2.根据权利要求1所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述构建材料包括金属粉末微粒。
3.根据权利要求1或2所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)的构建材料在其化学组分上是一致的。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述构建材料包括低合金化和/或高合金化的钢粉末微粒。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)形成单件式的构件。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)的不同特性通过能量输入的变化来制造。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)的不同特性通过所述辐射的强度的变化来制造。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)的不同特性通过所述辐射的扫描速度的变化来制造。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，所述功能区域(7,8,9,10,15,16)具有不同的组织。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，至少一个功能区域(7,8,9,10,15,16)具有大于600MPa、优选地大于650MPa、尤其大于700MPa的抗拉强度和/或至少一个功能区域(7,8,9,10,15,16)具有小于600MPa、优选地小于550MPa、尤其小于500MPa的抗拉强度。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的起流动引导作用的构件，其特征在于，至少一个功能区域(7,8,9,10,15,16)具有大于250、优选地大于300、尤其大于350的HB硬度和/或至少一个功能区域(7,8,9,10,15,16)具有小于250、优选地小于200、尤其小于150的HB硬度。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的起流动引导作用的构件，
其特征在于，
至少一个功能区域(7,8,9,10,15,16)具有大于10%、优选地大于15%、尤其大于20%的断裂伸长率和/或至少一个功能区域(7)具有小于10%、优选地小于5%、尤其小于1%的断裂伸长率。
13.一种用于制造起流动引导作用的构件、尤其根据权利要求1到12中任一项所述的构件的方法，带有以下步骤:
- 将构建材料的覆层施加到板上，
- 将辐射可选地作用到所述覆层上，
- 有针对性地变化用于生成在所述构件中的功能区域(7,8,9,10)的所述辐射，以用于有针对性地产生所述功能区域(7,8,9,10)的特性。
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