王岳元，錢佳征

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

隔爆型電機(jī)通過隔爆外殼來實(shí)現(xiàn)防爆目的。隔爆外殼應(yīng)能夠承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會(huì)引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環(huán)境的點(diǎn)燃。

根據(jù)隔爆型電機(jī)的防爆原理，組成隔爆外殼的各個(gè)零部件的強(qiáng)度、剛度及隔爆接合面的寬度、表面粗糙度、間隙成為保證隔爆型電機(jī)的防爆性能的至關(guān)重要的因素。

我國在2012年6月開始執(zhí)行防爆電機(jī)的防爆等級(jí)新標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)殼體鑄件的水壓試驗(yàn)靜壓值由原來的1 MPa提高到1.5 MPa。

為此，我們繼續(xù)采用原來HT250牌號(hào)鑄件材料的基礎(chǔ)上，通過孕育處理方式改變使鑄件本體試樣的抗拉強(qiáng)度由190 N/mm2提高到250 N/mm2以上，在電機(jī)殼體鑄件的1.5 MPa靜壓試驗(yàn)時(shí)一次通過。順利地?fù)Q取了2012年防爆電機(jī)制造新許可證。

1 工藝方案確定和工藝試驗(yàn)

在舊標(biāo)準(zhǔn)中，承受爆炸壓力的殼體鑄件加工后要進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)時(shí)間按圖紙要求，一般試驗(yàn)壓力為1 MPa，試驗(yàn)時(shí)間為100 s，以不滴水為合格。

2012年6月國家實(shí)行新防爆標(biāo)準(zhǔn)，防爆鑄件的試驗(yàn)?zāi)蛪褐涤? MPa提高到1.5 MPa。為了適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)，不僅在設(shè)計(jì)上鑄件需作結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更主要鑄造工藝上也要作改進(jìn)提高強(qiáng)度。

僅提高鑄造材料牌號(hào)雖可以滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和耐壓值要求，但是負(fù)面影響也不小。這會(huì)降低鐵水流動(dòng)性而影響鑄件表觀質(zhì)量，材料會(huì)出現(xiàn)硬脆現(xiàn)象，而且提高材料牌號(hào)還增加鑄造成本，會(huì)導(dǎo)致防爆電機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。根據(jù)新防爆標(biāo)準(zhǔn)要求，防爆鑄件材料牌號(hào)必須在HT250以上(含 HT250)。

在綜合考慮各種影響因素后，我們決定在工藝上進(jìn)行改進(jìn)。HT250是高強(qiáng)度孕育鑄鐵，一般在鐵水澆注前用硅鐵(FeSi75)孕育處理。為了提高灰鑄鐵的強(qiáng)度性能，較有效的措施便是降低鑄鐵的碳、硅含量。但到了一定程度后，鑄鐵將按介穩(wěn)定系統(tǒng)凝固結(jié)晶，表現(xiàn)在組織上出現(xiàn)很大的白口傾向，在性能上則反而下降。此時(shí)就有必要對(duì)鐵水進(jìn)行處理，目的是防止上述情況的發(fā)生。實(shí)踐上采用了這樣的工藝措施，即向這種白口傾向較大的鐵水中加入一定數(shù)量的促進(jìn)石墨化元素，使凝固過程發(fā)生改變——即將原來按介穩(wěn)定系統(tǒng)凝固的那一部分全部轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定系統(tǒng)凝固。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)人為地增加大量結(jié)晶核心，降低了過冷度，使共晶團(tuán)細(xì)化，石墨尺寸及分布得到改善，因而達(dá)到了提高鑄鐵強(qiáng)度地目的，這就是孕育處理［2］。

孕育鑄鐵的碳、硅含量較低，加上含錳量較高，因此它的基體組織中很少會(huì)有大塊的鐵素體出現(xiàn)，而全是彌散度較高的珠光體或索氏體組織。經(jīng)過孕育處理后，鑄鐵共晶團(tuán)顯著細(xì)化，單位體積內(nèi)共晶團(tuán)數(shù)顯著增多，因而石墨也就明顯細(xì)化。一般由于原鐵水石墨化能力較低，加上過熱后過冷傾向較大，因而石墨常呈過冷型分布。孕育以后，即轉(zhuǎn)變成A型分布(由于過冷度減小之故)。從鑄造合金金相圖譜中的孕育鑄鐵的金相組織照片中可以看到，石墨非但變細(xì)，分布均勻，而且亦變得較厚，頭部變得較圓。因而對(duì)基體的縮減作用或是切割作用都比普通灰鑄鐵中的石墨的作用有所降低。孕育處理前后金相組織見圖1及圖2。

圖1 孕育處理前

圖2 孕育處理后

通過試驗(yàn)，測(cè)得防爆電機(jī)鑄鐵機(jī)座附鑄試樣抗拉強(qiáng)度僅為190 N/mm2，而單鑄試樣的強(qiáng)度在250 N/mm2以上。為何兩種試驗(yàn)方法會(huì)有如此差異?經(jīng)過分析，除了鑄件實(shí)際厚度和試樣有差異外，主要是孕育衰退有關(guān)。

一般的孕育處理的有效時(shí)間約12 min左右。由于筋外冷機(jī)座等鑄件結(jié)構(gòu)的特殊性，1 420℃出爐的鐵水孕育處理后直接澆鑄會(huì)造成散熱筋部位嚴(yán)重粘砂而影響表觀質(zhì)量。一般情況要等鐵水溫度降到1 280℃左右才澆鑄。這中間等待時(shí)間約20 min。而硅鐵(FeSi75)孕育劑的有效孕育時(shí)間為10～12 min，超過了孕育有效時(shí)間，孕育效果很差導(dǎo)致強(qiáng)度不高。

為了改變現(xiàn)狀，在工藝上延長孕育時(shí)間應(yīng)該是最有效方法。因此我們?cè)O(shè)想采用二次孕育處理來延長孕育時(shí)間。具體方法是在鐵水出爐時(shí)先在澆包內(nèi)孕育一次，孕育劑使用量約為總量的50%。然后在澆鑄時(shí)再用50%隨鐵水沖入型腔，后面進(jìn)入型腔的孕育劑在鑄件凝固時(shí)形成結(jié)晶質(zhì)點(diǎn)使晶粒細(xì)化，從而明顯提高鑄件的強(qiáng)度［1］。

經(jīng)過工藝改進(jìn)后，澆鑄的鑄件附鑄試樣的抗拉強(qiáng)度達(dá)到250 N/mm2，已高于國家標(biāo)準(zhǔn)同厚度210 N/mm2的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過采用二次孕育工藝澆鑄的9臺(tái)送防爆所測(cè)試的防爆電機(jī)鑄造零件均一次通過1.5 MPa新標(biāo)準(zhǔn)靜壓試驗(yàn)。進(jìn)一步的試驗(yàn)也通過了2 MPa靜壓試驗(yàn)，工藝改進(jìn)取得明顯效果。

2 結(jié)語

通過鑄鐵孕育工藝優(yōu)化的防爆電機(jī)防爆外殼鑄鐵件已全面應(yīng)用在各種規(guī)格型號(hào)防爆電機(jī)上，質(zhì)量很趨穩(wěn)定。

［1］李魁盛.鑄造工藝設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

［2］中國機(jī)械工程學(xué)會(huì).鑄造手冊(cè)［M.］北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.