孫德潤 唐賢其 寧德林 楊曉兵

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

特厚大砧座鑄件的鑄造技術(shù)研究

孫德潤 唐賢其 寧德林 楊曉兵

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

結(jié)合計(jì)算機(jī)凝固模擬技術(shù)的應(yīng)用，對厚大砧座鑄鋼件的鑄造工藝及技術(shù)進(jìn)行了研究，成功完成了厚度達(dá)到2 350 mm且需要進(jìn)行整體超聲檢測的外貿(mào)特厚大鑄鋼件的鑄造。

砧座鑄件;無損檢測;鑄造方案

砧座鑄件是模鍛壓力機(jī)上的關(guān)鍵零件，結(jié)構(gòu)相對簡單，屬于簡單厚大型鑄鋼件。二重曾為國內(nèi)廠家生產(chǎn)過很多類似的砧座鑄件，但不要求進(jìn)行超聲檢測或僅在受力淺表面范圍做超聲檢測。

在以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中，需要進(jìn)行100%超聲檢測的產(chǎn)品最大厚度僅達(dá)到1 300 mm。此次為國外某鍛造公司生產(chǎn)的大型砧座鑄件，最小厚度已達(dá)到2 350 mm，且需要進(jìn)行整體超聲檢測，這在二重及國內(nèi)都是首次，沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。要完成該外貿(mào)砧座鑄件的生產(chǎn)具有非常大的生產(chǎn)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

1 砧座鑄件情況

1.1 鑄件結(jié)構(gòu)

外貿(mào)砧座鑄件基本結(jié)構(gòu)見圖1。砧座鑄件輪廓尺寸為:4 724 mm×2 286 mm×2 368 mm，零件重量約167 t。

1.2 技術(shù)要求

1.2.1 材料

圖1 砧座鑄件Figure 1 Anvil block casting

表1 砧座鑄件的化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical com position requirements for anvil block casting(mass fraction，%)

表2 砧座鑄件力學(xué)性能要求Table 2 M echnical properties of anvil block casting

鑄件材料采用DIN 17182中的GS-20Mn5。其中，化學(xué)成分應(yīng)滿足表1的規(guī)定，力學(xué)性能滿足表2的規(guī)定。

1.2.2 無損檢測要求

(1)磁粉檢測

鑄件粗加工及精加工后，按DIN EN1369的要求進(jìn)行磁粉檢測，重要加工面需要達(dá)到SM1、LM1、AM1c，其余加工面需要滿足 SM2、LM2、AM2c。鑄造表面需要滿足SM3、LM3、AM3c。

(2)超聲檢測

鑄件粗加工后，按ASTMA609的要求對鑄件進(jìn)行100%超聲檢測，結(jié)果應(yīng)滿足雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議的規(guī)定。

2 鑄造工藝

2.1 鑄造方案

采用燕尾槽朝下的鑄造方案(見圖2)，確保鑄件冒口對鑄件凝固補(bǔ)縮具有最佳的效果。

2.2 鑄造工藝參數(shù)

(1)加工量:30;30。

(2)縮尺:2.4%。

2.3 鑄件凝固控制

2.3.1 外冷模工藝

采用全外冷模工藝，以加快鑄件凝固，強(qiáng)化鑄件的順序凝固。

2.3.2 冒口計(jì)算

為了保證鑄件質(zhì)量，采用保溫冒口以加強(qiáng)鑄件冒口部位的保溫，提高冒口的補(bǔ)縮效率。

(1)鑄件及冒口參數(shù)計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，鑄件模數(shù)為:M件=51.50 cm。

所需冒口模數(shù)為:M冒=1.2×M件=61.80 cm。

所需冒口體積為:V冒=13 950 dm3。

(2)冒口選擇

經(jīng)過綜合評價(jià)，選擇?2 500 mm的保溫冒口。

實(shí)際冒口參數(shù)(考慮冒口實(shí)際保溫效果后)為:M冒=62.50 cm，V冒=14 350 dm3。

實(shí)際冒口的模數(shù)及補(bǔ)縮量均滿足冒口設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 實(shí)際鑄造方案

實(shí)際砧座鑄造方案見圖2。

2.4 凝固模擬

利用MAGMA鑄造過程仿真模擬軟件對砧座鑄造方案進(jìn)行了凝固模擬，凝固模擬情況見圖3，效果非常理想。

2.5 鑄件澆注

2.5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用雙層緩沖澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以使鑄件在澆注過程中形成有利于鑄件凝固補(bǔ)縮的溫度梯度分布。

由于鑄件澆注鋼水量達(dá)到300余噸，因此采用2包4-?110 mm眼進(jìn)行合澆，鋼液上升速度約15 mm/s。

2.5.2 澆注溫度

由于砧座鑄件屬于厚大鑄鋼件，因此澆注溫度按材料的中下限1 540～1 560℃控制。

2.6 熱處理

由于該砧座特別厚大，要滿足鑄件整體超聲檢測要求，除了必須有效保證鑄件內(nèi)部的組織致密度外，還必須完全消除鑄件厚大部位心部的鑄態(tài)組織。

經(jīng)過分析確定，采取鑄后退火切割去除冒口后再進(jìn)行性能熱處理的工藝，熱處理過程重點(diǎn)控制鑄件的裝爐方式、熱處理工藝參數(shù)。

圖2 鑄造方案Figure 2 Casting plan

3 鑄件檢驗(yàn)

3.1 理化試驗(yàn)

鑄件性能熱處理后取本體試樣進(jìn)行了理化試驗(yàn)，其結(jié)果見表3和表4。

3.2 無損檢測

(1)磁粉檢測

表3 砧座化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chem ical composition test results of anvil block (mass fraction，%)

表4 砧座力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 M echanical properties test results of anvil b lock

在鑄件粗加工及精加工后，我們對大型冒口下的凸鍵部位進(jìn)行了重點(diǎn)檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，很好地解決了類似厚大鑄件冒口下極易出現(xiàn)因成分偏析、組織疏松所導(dǎo)致的裂紋問題。同時(shí)，也順利地通過了TüV SüD見證人員的現(xiàn)場見證檢查。

(2)超聲檢測

能否通過超聲檢測是該產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵。為此，我們在砧座鑄件性能熱處理后進(jìn)行了超聲檢測摸底，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、疏松、縮孔等缺陷，特別是在冒口下的鑄件部位，沒有發(fā)現(xiàn)任何超聲檢測缺陷。

砧座鑄件粗加工后按標(biāo)準(zhǔn)要求，順利地通過了TüV SüD見證人員的現(xiàn)場超聲檢測見證檢查。

4 結(jié)論

通過對厚大鑄鋼件鑄造工藝及技術(shù)的研究，有效地解決了需要進(jìn)行整體超聲檢測的特厚大砧座鑄件的鑄造難題:

(1)解決了?2 500 mm冒口下鑄件的縮孔、疏松、裂紋問題。

(2)解決了厚度達(dá)到2 350 mm特厚大鑄鋼件的整體超聲檢測問題。

［1］ 婁延春.鑄造(鑄鋼)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

［2］ 李弘英.鑄鋼件的凝固和致密度的控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

編輯 杜青泉

Research on Casting Technology for Super Heavy Anvil Block

Sun Deyun，Tang Xianqi，Ning Delin，Yang Xiaobin

Combined with the application of computer solidification simulation technology，the casting technology for super heavy anvil block are reseached，and the exported super heavy steel castingswith thickness 2 350 mm which are needed the overall ultrasonic test are successfully completed.

anvil block castings;non-destructive test;casting plan

TG24

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2014—02—12