PDF《厚大断面球墨铸铁端盖的生产实践》

工艺技术 2019年?第1期/第68卷71 厚大断面球墨铸铁端盖的生产实践 刁晓刚,魏? 伟,沈? 闯,俞志明,王臆皓,于志斌 (中信重工洛阳重铸铁业有限责任公司,河南洛阳 471039) 摘要:介绍了单重22.

6 t、最大壁厚超过200 mm、牌号为QT500-7的球铁端盖铸件的生产实 践.通过ProCAST 模拟软件优化铸造工艺,合理采用保温冒口和冷铁,选用优质炉料,选择 合适的化学成分和铁液温度,采用喂线球化处理和孕育处理,获得了合格的铸件.铸件检验 结果表明:各项力学性能均达到了QT500-7材料标准的要求,铸件质量完全符合无损检测技 术要求.结果表明,该生产工艺可行. 关键词:厚大断面;

球墨铸铁;

端盖;

喂线球化;

力学性能 作者简介: 刁晓刚(1982-),男,高 级工程师,博士,主要从 事铸造工艺研究及管理工 作.E-mail:xgdiao@126. com 中图分类号:TG

255 文献标识码:B 文章编号 : 1001-4977 (2019) 01-0071-04 收稿日期: 2018-09-14 收到初稿, 2018-09-29 收到修订稿. 球墨铸铁因其成本低廉、工艺简单,30多年来其产量获得了迅速增长.20世纪 70年代,厚大断面球墨铸铁件开始应用于生产实践.随着电力、矿山机械、轨道交 通、航空航天、石化等行业装备朝着大型化、重型化方向发展,厚大断面球铁迎来 了广阔的发展空间.目前,厚大断面球墨铸铁件广泛地应用于大型磨机磨盘、大型 汽轮机缸体、大型注塑机模板、大型车床花盘等重要部件[1-4] . 厚大断面球墨铸铁件通常因其壁厚大,热节部分或中心部位冷却速度缓慢, 凝固时间长,常出现球化衰退、石墨漂浮、石墨畸变等缺陷,导致铸件力学性能降 低. 端盖是磨机的重要组成部分.我公司生产的厚大断面球铁端盖为出口磨机配 套产品,材质为QT500-7,铸件单重22.6 t.该端盖结构为外方设计,与公司常规端 盖结构差别较大,其结构较复杂.该端盖大端面设计10道筋板,增加了造型操作难 度,且尺寸精度难以保证.该端盖断面壁厚厚薄不均,筒体最小壁厚160 mm、最大 壁厚超过200 mm,铸造工艺性差,铸件局部难以补缩,出现缩孔、缩松倾向大.铸 件加工表面需进行100%超声波探伤和100%磁粉探伤,依据EN12680-3和EN1369进行 验收,要求达到2级.端盖铸件三维图见图1. 1? 铸造工艺设计及优化 为了便于快速充型、降低劳动强度,在大端面朝下的基础上制定铸造工艺. 采用三箱造型.砂型采用酚醛改性呋喃树脂自硬砂;

涂料使用醇基涂料.冒口 置于上箱、铸件置于中箱、内浇道置于下箱.使用专用砂箱,保证铸型的刚度,充 分发挥球墨铸铁凝固时石墨膨胀而产生的自补缩作用. 外模采用实样结构,保证铸件尺寸精度.在中箱砂芯相应位置做出定位标记, 确保筋板、凸台位置准确. 浇注系统设计为底注、开放、内浇道分散式,缩短铁液流程.同时使用挡渣装 置,保证铁液平稳充型、避免氧化渣卷入型腔.借助冷铁消除因壁厚差过大带来的 热节效应,避免厚大断面出现缩孔、缩松缺陷,同时促进石墨化膨胀提前发生,强 化自补缩效果[5] .选用保温冒口加强对铸件的补缩,使夹渣、缩孔、缩松等缺陷集中 Vol.68 No.1

2019 72 工艺技术 (a)斜视图 (b)剖面图(不含筋板) (c)剖面图(含筋板) 图1 端盖铸件三维图 Fig.

1 3D drawings of end cover casting (a)斜视图 (b)主视图 (c)俯视图 图2 端盖铸件缩松缩孔分布图 Fig.

2 Shrinkage cavity and porosity distribution of end cover casting 于冒口. 工艺方案确定后,借助ProCAST 数值模拟软件多 次优化工艺方案,可缩短铸件试制周期,降低生产成 本.图2为端盖铸件凝固最终形成的缩孔缩松分布图. 从图2中可以看出,缩孔缩松主要集中于保温冒口内 部,仅在冷铁间隙有点状显示.而在实际生产中,内 浇道对铸件也会进行补缩,故该工艺方案总体上是可 行的. 2? 熔炼及球化处理工艺 2.1? 化学成分设计 提高碳含量,促进镁的吸收,同时缩短碳的扩散 距离,增加石墨球数.碳含量过高,石墨会过早地析 出长大.从改善铸造性能考虑,铁液碳当量通常选择 在共晶点附近[6] . 硅促进石墨化,固溶强化铁素体.铁液的终硅量 取决于原铁液硅含量及球化孕育处理带入的硅量[6] .球 铁中硅含量偏高,促进碎块状石墨的形成.文献[7]指 出厚大断面球铁中硅含量控制在1.8 %~2.2%,可有效 防止碎块状石墨的出现.陈冰廷等[8] 指出,在总硅量固 定时,若在孕育时加入较多的硅,可细化石墨、提高 石墨球圆整度. 锰是碳化物形成元素.锰可以稳定珠光体并使其 细化.锰含量过高,形成的碳化物易呈网状偏析于共 晶团边界.锰与硅复合作用形成的反白口组织易使铸 件出现缩松缺陷[9] . 硫是干扰石墨球化的表面活性元素[2] .硫含量过 高,消耗过多球化剂而导致球化不良,同时造成夹杂 物的数量增多,尤其在厚大断面球铁中还易出现因石 墨析出过早导致的缩孔缩松倾向增大的现象[10] .硫含 量过低,影响石墨形核. 磷极易偏析.千田昭夫[11] 认为偏析到共晶团边 界的磷共晶易成为珠光体核心,促进珠光体在晶界形 成,从而降低球铁的塑韧性.磷含量高,易出现缩 松、冷脆,因而其含量应越低越好.磷一般是随金属 炉料进入球铁中. 镁含量过低,易出现球化不良,在厚大断面及热 节处尤为明显.镁含量过高,促进铁液白口化,增大 缩孔出现的机率,增加浮渣的生成量.厚大断面球墨 铸铁残余镁量一般控制在0.04%~0.06%. Φ2158 Φ3594 Φ1650

1650 工艺技术 2019年?第1期/第68卷73 稀土元素属于反石墨化元素.稀土可以脱氧、去硫.适量稀土可中和干扰元素对球化的负面影响.残 留稀土量过高,组织中会出现异形石墨和富集于晶界 的碳化物. 端盖铸件的化学成分见表1. 2.2? 球化处理 合格的铁液是获得优质的厚大断面球墨铸铁件的 前提,因此要选择优质原辅材料,从源头控制硫、磷 及微量元素含量.生铁中微量元素含量低,形成的晶 界夹杂少,有利于改善球墨铸铁的塑韧性[12] .在石墨 球圆整度、大小及基体达到最优匹配状态时,晶间夹 杂就成为决定其性能的关键因素[13] .因此,生铁选用 优质高纯生铁,占总炉料的70%.生铁中所有微量元素 之和不大于0.1%.废钢选用成分稳定的优质碳素钢, 占总炉料的30%.增碳剂选用低硫增碳剂. 采用中频感应电炉熔炼.铁液成分调整至合适 范围内,炉内温度升至1

500 ℃以上过热,保温 5~10 min.高温静置处理通过铁液 自脱氧 反应, 降低铁液氧化倾向.随后在炉中自然降温,温度控制 在1 400~1

440 ℃扒渣出炉. 球化处理采用喂线法,同时进行孕育处理,球化 处理开始温度1 360~1

390 ℃.球化包芯线选用直径

13 mm的高镁型球化线.孕育包芯线选用直径13 mm 的硅铁合金型孕育线.球化处理后铁液表面覆盖适 量草木灰以集渣、保温,随后扒渣.浇注温度1 330~

1 360 ℃.孕育效果直接影响石墨球的大小、数目和圆 整度.但孕育过量,石墨形态会恶化,故应适度强化 孕育.........