抗低溫球墨鑄鐵風(fēng)力發(fā)電鑄件研制

研究了鉍對球墨鑄鐵組織和性能的影響,特別是對低溫沖擊韌性的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了合適的化學(xué)成分和含鉍量,制定出合理的生產(chǎn)工藝和熱處理工藝。利用光譜分析儀、金相顯微鏡、低溫沖擊試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對試樣的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能進(jìn)行了檢測和觀察。結(jié)果顯示,適量的鉍可以減小石墨球徑,增加石墨球數(shù)量,提高球鐵的低溫沖擊韌度。鑄態(tài)下,未加鉍的試樣低溫沖擊韌性約在9j左右。經(jīng)熱處理后,與鑄態(tài)下加鉍試樣的低溫沖擊韌性近似,在12~13j左右。加鉍并熱處理后,低溫沖擊韌性最高可到17j。另外,隨著加鉍后石墨球的細(xì)化,低溫沖擊韌度數(shù)值波動(dòng)變小,性能變得更加穩(wěn)定。

研究了球墨鑄鐵基體組織中珠光體率和石墨數(shù)量對其硬度以及低溫(-20℃)沖擊韌性的影響。研究結(jié)果表明,隨著珠光體率的增加,球墨鑄鐵硬度增加,但低溫沖擊韌性下降;對于鑄態(tài)和正火態(tài)球鐵,石墨數(shù)量對基體硬度和u形缺口低溫(-20℃)沖擊韌性幾乎沒有影響。對于退火態(tài)球鐵,隨著石墨數(shù)量的增加,-20℃沖擊韌性值顯著增加;當(dāng)石墨數(shù)量達(dá)到400個(gè)/mm2時(shí),其u形缺口沖擊韌性達(dá)29.0j/cm2,是鑄態(tài)的3倍。

球墨鑄鐵

收稿日期:20100919;修訂日期:20101020 作者簡介:牟行輝(1974),四川射洪人,工程師.從事鑄鐵件鑄造工藝 設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制工作. email:mu_xinghui@126.com vol.32no.1 jan.2011 鑄造技術(shù) foundrytechnology 工藝技術(shù)technology 球墨鑄鐵鑄件的補(bǔ)縮工藝 牟行輝 (陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司,陜西寶雞721009) 摘要:通過分析和總結(jié)在生產(chǎn)實(shí)踐過程中球墨鑄鐵鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷以及成功解決辦法,對球鐵鑄件凝固收縮理論提出 理解和看法:鑄件的補(bǔ)縮及缺陷產(chǎn)生取決于壓力,由于球鐵的凝固特性使石墨化膨脹和凝固收縮分離,薄壁件截面凝固差異 不明顯,石墨化膨脹壓力無法有效利用,厚大件的截面凝固的差

通過采用優(yōu)質(zhì)鐵液、選取合適的分型面、設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)、冷鐵、安放足夠大的保溫冒口和上表面加大加工余量等措施,生產(chǎn)出16.8t的合格大型球墨鑄鐵件。

長期以來,用砂型鑄造的球墨鑄鐵件,都要加大澆冒口系統(tǒng)和輔以冷鐵來獲得合格鑄件,否則鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松等鑄造缺陷。然而采用上述措施,既浪費(fèi)了鐵液,又很容易使型腔內(nèi)的鐵液在凝固石墨化膨脹過程中反饋給冒口,使鑄件產(chǎn)生冒口根部縮孔。

通過分析和總結(jié)在生產(chǎn)實(shí)踐過程中球墨鑄鐵鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷以及成功解決辦法,對球鐵鑄件凝固收縮理論提出理解和看法:鑄件的補(bǔ)縮及缺陷產(chǎn)生取決于壓力,由于球鐵的凝固特性使石墨化膨脹和凝固收縮分離,薄壁件截面凝固差異不明顯,石墨化膨脹壓力無法有效利用,厚大件的截面凝固的差異大,容易實(shí)現(xiàn)石墨化膨脹壓力的利用。鑄造補(bǔ)縮工藝的設(shè)計(jì)原則就是提供并保持這樣的壓力,對薄壁要強(qiáng)調(diào)外部壓力補(bǔ)縮,厚壁則充分利用石墨化膨脹壓力自補(bǔ)縮。

根據(jù)主軸鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及質(zhì)量要求,采用了平做立澆鑄造工藝。對這種工藝方法進(jìn)了介紹,并且給出了包括澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵等的工藝參數(shù)設(shè)定范圍。由生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí),對于這類外觀質(zhì)量要求嚴(yán)格的鑄件,平做立澆是一種有效的工藝方案。

詳細(xì)介紹了《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵件》國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂情況及其主要內(nèi)容;解釋和說明了材料力學(xué)性能、球化率、球化級別和本體聲速、基體組織、特殊力學(xué)性能、無損檢測要求等主要技術(shù)指標(biāo);對規(guī)范生產(chǎn)高質(zhì)量風(fēng)電球鐵鑄件具有指導(dǎo)作用。

為了解決1.5mw風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂球墨鑄鐵件在鑄造過程中容易產(chǎn)生縮松縮孔缺陷的問題,采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)對輪轂的澆注系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。研究了輪轂球墨鑄鐵件的凝固特點(diǎn),明確了鑄件產(chǎn)生缺陷的原因,利用三維造型軟件和鑄造模擬軟件對風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂鑄件凝固過程的溫度場進(jìn)行模擬,得出了鑄造風(fēng)機(jī)輪轂的優(yōu)化工藝方案。模擬結(jié)果顯示,優(yōu)化工藝可以明顯地改善風(fēng)機(jī)輪轂在鑄造過程中產(chǎn)生的縮孔缺陷。

由全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主辦,無錫一汽鑄造有限公司與江陰吉鑫機(jī)械有限公司承辦的《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵件》國家標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)研討會"于2008年6月18-20日在無錫召開。參加研討會的有全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、起草單位、認(rèn)證機(jī)構(gòu)、無損檢測機(jī)構(gòu)、全國鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、整機(jī)制造廠、部件制造廠及鑄件生產(chǎn)廠等19家單位共32位代表參加。

介紹了球墨鑄鐵中奧氏體枝晶的形成、分類及影響因素,指出奧氏體枝晶排列方向的控制對進(jìn)一步挖掘球鐵力學(xué)性能潛力的意義;同時(shí)闡述了溶質(zhì)元素、凝固速度等因素對球鐵偏析的影響規(guī)律。

球墨鑄鐵介紹

4.4.1鑄鐵管、球墨鑄鐵管及管件的外觀質(zhì)量應(yīng)符合下列規(guī)定： 4.4.1.1管及管件表面不得有裂紋，管及管件不得有妨礙使用的凹凸不平的缺陷； 4.4.1.2采用橡膠圈柔性接口的鑄鐵、球墨鑄鐵管，承口的內(nèi)工作面和插口的外工作面應(yīng)光 滑、輪廓清晰，不得有影響接口密封性的缺陷； 4.4.1.3鑄鐵管、球墨鑄鐵管及管件的尺寸公差應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 4.4.2管及管件下溝前，應(yīng)清除承口內(nèi)部的油污、飛刺、鑄砂及凹凸不平的鑄瘤；柔性接口 鑄鐵管及管件承口的內(nèi)工作面、插口的外工作面應(yīng)修整光滑，不得有溝槽、凸脊缺陷；有裂 紋的管及管件不得使用。 4.4.3沿直線安裝管道時(shí)，宜選用管徑公差組合最小的管節(jié)組對連接，接口的環(huán)向間隙應(yīng)均 勻，承插口間的縱向間隙不應(yīng)小于3mm。 4.4.4管道沿曲線安裝時(shí)，接口的允許轉(zhuǎn)角，不得大于表4.4.4的規(guī)定。 表4.4.4

厚大斷面球鐵鑄件以其性能和成本上的優(yōu)勢,在核電、風(fēng)電等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前 景。但迄今為止,厚大斷面球鐵鑄件中形成碎塊狀石墨仍是目前國內(nèi)外鑄造領(lǐng)域研究 與生產(chǎn)的難題。本文采用模擬實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)性驗(yàn)證相結(jié)合的方法,研究了厚大斷面球鐵 中石墨析出行為及碎塊狀石墨的形成機(jī)理,分析了微量元素的作用機(jī)制。采用等溫切 面方法物理模擬了百噸級核乏燃料球鐵儲運(yùn)容器鑄件的凝固過程,設(shè)計(jì)了強(qiáng)制冷卻 系統(tǒng),并對模擬試塊的微觀組織及力學(xué)性能進(jìn)行了綜合分析與評價(jià)。利用自行設(shè)計(jì) 的液淬保溫爐,模擬了厚大斷面球鐵的凝固過程,研究了石墨的析出規(guī)律,并分析了其 影響因素。結(jié)果表明,當(dāng)保溫時(shí)間小于240min時(shí),石墨呈球狀析出。保溫時(shí)間達(dá)到 240min后,熔體中析出了碎塊狀石墨。繼續(xù)延長保溫時(shí)間,在碎塊狀石墨共晶團(tuán)周圍 有蠕蟲狀和片狀石墨形成。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)碎塊狀石墨從鐵液中直接析出。利用高分辨

球墨鑄鐵縮孔、縮松問題探討（3.對“均衡凝固技術(shù)”幾個(gè)基本問題的討論） 3.對“均衡凝固技術(shù)”幾個(gè)基本問題的討論 本文開頭就提到，目前球鐵件縮孔、縮松研究的焦點(diǎn)問題是：如何正確認(rèn)識石墨 化膨脹？如何利用石墨化膨脹進(jìn)行補(bǔ)縮？以及如何處理外部補(bǔ)縮和自補(bǔ)縮的關(guān) 系？對這幾個(gè)焦點(diǎn)問題，近年來在國內(nèi)流行的“均衡凝固技術(shù)”[28]提出了一 些看法，引起了各種不同的評論?？赡苁怯捎趯?shí)踐經(jīng)歷和看問題角度的差別，筆 者的認(rèn)識和看法可能與之有所不同，謹(jǐn)在這里對其中幾個(gè)基本問題進(jìn)行討論，希 望通過不同觀點(diǎn)的交流有助于加深對球鐵縮孔、縮松問題的認(rèn)識，特別希望有助 于正確認(rèn)識和利用石墨化膨脹進(jìn)行補(bǔ)縮。 3.1球鐵件是否可能實(shí)現(xiàn)“均衡凝固”？有利還是有弊？ 3.1.1收縮－膨脹疊加圖存在的問題 均衡凝固技術(shù)[28]給“均衡凝固”所作的定義是：“鑄鐵鐵水冷卻時(shí)要產(chǎn)生體積 收縮，凝固時(shí)析

文章分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性,選用了科學(xué)合理的鑄造工藝、化學(xué)成分設(shè)計(jì),控制球化處理和孕育處理,生產(chǎn)出各項(xiàng)性能符合風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)要求的球墨鑄鐵輪轂,取得了較明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

以大型球鐵磨盤鑄件為例,介紹了毛重95t球鐵磨盤的生產(chǎn)過程,采用喂線法球化處理的鑄件組織、性能及超聲波探傷(ut)、磁粉探傷(mt)均滿足技術(shù)指標(biāo)要求,并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定批量生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明,喂線法球化處理是保證大型球鐵件質(zhì)量的有效途徑。

空氣錘的錘桿一般是用中碳鋼鍛造制成,由于工藝水平的限制,內(nèi)孔都加工成圖2或圖3的形狀,有的雖按圖1形狀加工,但在向球面過渡處不可避免被刀尖劃出一圈深溝,由于應(yīng)力集中導(dǎo)致錘桿過早斷裂。我廠750kg、400kg、150kg、65kg幾臺空氣錘在60、70年代總共換了10根錘桿,有的只使用半年或一年。這不僅經(jīng)濟(jì)損失很大,還影響生產(chǎn)。

球墨鑄鐵爐前檢驗(yàn)是其生產(chǎn)過程中不可缺少的一環(huán)，它直接關(guān)系到球墨鑄鐵件的質(zhì)量。及時(shí)、準(zhǔn)確判斷鐵液球化情況，可以迅速采取措施控制球墨鑄鐵的質(zhì)量。爐前誤判將大量報(bào)廢鑄件，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此，爐前及時(shí)、準(zhǔn)確判斷球化情況比爐后檢驗(yàn)重要得多。

球墨鑄鐵，因其石墨呈球狀而得名，廣泛用于機(jī)械制造。生產(chǎn)球墨鑄鐵涉及結(jié)晶學(xué)、材料科學(xué)和冶金等知識。關(guān)鍵步驟包括鐵水準(zhǔn)備、球化處理、孕育處理和鑄型制造，這些處理過程轉(zhuǎn)化石墨形態(tài)，增強(qiáng)材料機(jī)械性能。

介紹了國內(nèi)相關(guān)的低溫高韌性球鐵的標(biāo)準(zhǔn),探討了化學(xué)成分、鑄造工藝和顯微組織對鑄態(tài)球墨鑄鐵低溫韌性的影響,研究確定了鑄態(tài)低溫韌性球墨鑄鐵的成分和鑄造工藝,生產(chǎn)出符合風(fēng)電行業(yè)和其他低溫環(huán)境條件下使用的球墨鑄鐵件。