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        冷鐵對(duì)QT500-14 試塊理化性能的影響

        2023-12-09 08:16:16趙偉龍毛成榮

        趙偉龍,毛成榮

        (1.寧波日星鑄業(yè)有限公司,浙江 寧波 315702;2.日月重工股份有限公司,浙江 寧波 315113)

        0 引言

        風(fēng)電鑄件的材質(zhì)常采用球墨鑄鐵,但由于大斷面球墨鑄鐵由于厚大部位冷卻速度慢,出現(xiàn)石墨球化不良、珠光體數(shù)量偏高等不良組織[1-3],通常通過(guò)增加冷鐵的方式解決此類問(wèn)題,而選擇冷鐵的種類基本都是根據(jù)以前的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。早在2020年,東風(fēng)精密鑄造有限公司對(duì)熔模鑄造中選用的鑄鐵冷鐵、不銹鋼冷鐵、石墨冷鐵和復(fù)合涂層冷鐵的使用工藝做了詳細(xì)說(shuō)明[4],但風(fēng)電鑄件通常采用樹(shù)脂砂造型,由于原材料價(jià)格等原因一般采用鑄鐵冷鐵和石墨冷鐵(少用鑄鋼冷鐵)。本文把冷鐵類型作為唯一變量,研究QT500 材質(zhì)試塊不同冷鐵工藝與理化性能的關(guān)系。

        1 試驗(yàn)材料與方法

        本試驗(yàn)的研究主體為250 mm×250 mm×250 mm 試塊[5],生產(chǎn)工藝為一箱兩件。對(duì)比試驗(yàn)組為無(wú)冷鐵工藝,試驗(yàn)組1 為石墨冷鐵工藝,試驗(yàn)組2 為鑄鐵冷鐵工藝。試驗(yàn)組1 與試驗(yàn)組2 僅冷鐵種類不同,數(shù)量同為22 塊,大小同為長(zhǎng)方體100 mm×100 mm×80 mm,(100 mm×100 mm 為工作面),擺放位置如圖1 所示。試驗(yàn)對(duì)象采用一箱兩件(每種方案制作2 個(gè)試驗(yàn)試塊),通過(guò)取平均值的方式消除誤差對(duì)試驗(yàn)的影響,同時(shí)澆注系統(tǒng)內(nèi)包含鐵水過(guò)濾裝置(陶瓷蜂窩過(guò)濾器),避免渣對(duì)性能產(chǎn)生不良影響而導(dǎo)致試驗(yàn)失真。出鐵溫度設(shè)置為1470 ℃,爆鎂時(shí)間50 s,起吊溫度設(shè)置為1400 ℃,球化后靜止時(shí)間設(shè)置為(300±30)s,澆注溫度均在(1350±5)℃,澆注時(shí)間均控制在(29±2)s 之間。鑄件化學(xué)成分見(jiàn)表1。

        表1 鑄件化學(xué)成分表w/%

        圖1 冷鐵工藝圖示

        試塊經(jīng)開(kāi)箱、清理、拋丸后按照?qǐng)D2 試塊切割方案進(jìn)行切割,切割要求:250 mm×250 mm×250 mm 試塊找到上箱中心線,畫出中心線兩側(cè)30 mm 線,標(biāo)記為A-1 #、A-2 #兩層,每層找到中心線,中心線右側(cè)畫30 mm 抗拉線,緊接著畫15 mm 沖擊線;左側(cè)畫30 mm 抗拉線,接著是15 mm 沖擊線,上箱去掉30 mm,下箱去掉40 mm;試棒從左側(cè)到右側(cè)依次是抗拉A-1-1 #;沖擊A-1-2 #;抗拉A-1-3 #,沖擊A-1-4 #;其他層依次類推。附鑄試塊120 mm×250 mm×100 mm的尺寸,保留中間30 mm×180 mm×100 mm 的部分,居中切割2 根抗拉和2 根沖擊試樣,編號(hào)抗拉A1 #(上)、沖擊A2 #(上)、抗拉A3 #、沖擊A4#;其他部分切割扔掉;無(wú)冷鐵250 試塊1 #,總計(jì)抗拉試棒6 根,沖擊試棒6 根。得到試驗(yàn)所需試塊,后對(duì)其理化性能進(jìn)行檢測(cè)。

        圖2 試塊切割方案

        2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

        通過(guò)對(duì)以上試塊檢測(cè)得到以下數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)為兩組平行試塊的平均值),其中使用A 代表無(wú)冷鐵對(duì)照組、B 代表石墨冷鐵試驗(yàn)組、C 代表鑄鐵冷鐵試驗(yàn)組。

        通過(guò)對(duì)表2 進(jìn)行分析,得知以下信息:

        (1)附鑄試塊編號(hào)為X1(X 代表A、B、C)與編號(hào)為X3 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度近乎一致。

        (2)本體試塊編號(hào)為X-1(2)-1 的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度大于等于編號(hào)為X-1(2)-3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        (3)本體試塊編號(hào)為X-1-1(3)與編號(hào)為X-2-1(3)抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度近乎一致。

        (4)附鑄試塊編號(hào)為C1、C3 的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、硬度均高于A1、A3,近似于B1、B3。

        (5)附鑄試塊編號(hào)為C-1(2)-1(3)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度高于B-1(2)-1(3)。

        通過(guò)對(duì)表3 進(jìn)行分析,得知以下信息:

        表3 理化性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表-低溫沖擊

        (1)附鑄試塊編號(hào)為C2、C4 的沖擊功大于B2、B4 大于A2、A4。

        (2)本體試塊編號(hào)為X-1(2)-2(X 代表A、B、C)的低溫沖擊功大于編號(hào)為X-1(2)-4 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        (3)本體試塊編號(hào)為C-1(2)-2(4)的低溫沖擊功高于B-1(2)-2(4)高于A-1(2)-2(4)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        通過(guò)對(duì)表4 進(jìn)行分析,得知以下信息:

        表4 理化性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表-金相

        (1)附鑄試塊編號(hào)為X1 的金相與X3 相似(X代表A、B、C),AY、BY、CY 的金相結(jié)果相似(Y 代表1、3),如圖3、4、5 所示。

        圖3 附鑄試塊A1 金相圖

        圖4 附鑄試塊B1 金相圖

        圖5 附鑄試塊C1 金相圖

        (2)本體試塊編號(hào)為X-1(2)-1 的金相與X-1(2)-3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(X 代表A、B、C)相似。

        (3)本體試塊編號(hào)為C 的金相整體優(yōu)于B,B整體優(yōu)于A。

        通過(guò)分析,附鑄試塊與冷鐵的最小距離僅有40 mm,附鑄試塊受到冷鐵的影響,導(dǎo)致試塊石墨球等級(jí)高。石墨冷鐵的影響力最大,其次是鑄鐵冷鐵,最后是無(wú)冷鐵(作為內(nèi)冷鐵時(shí),即冷鐵與試塊件間有型砂)。

        以圖2 試塊切割方案為例:試樣A-1-1 位于250 試塊上方,距上表面30 mm,而A-1-3 距下表面95 mm,接近芯部熱結(jié)區(qū)域。試樣A-1-1 冷卻速度優(yōu)于A-1-3,導(dǎo)致晶粒大小方面試樣A-1-1小于A-1-3,性能優(yōu),石墨球優(yōu),見(jiàn)圖6、7;而A-1-X 與A-2-X 距250 試塊左右兩側(cè)表面距離均為95 mm,熱結(jié)區(qū)域相似,故晶粒大小相近,性能相當(dāng)。

        圖6 A-1-3 金相圖(腐蝕)

        圖7 A-1-1 金相圖(腐蝕)

        通過(guò)對(duì)比我司生產(chǎn)的國(guó)外3.X 型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座腳板面本體套料數(shù)據(jù)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)此200 厚度腳板面相關(guān)數(shù)據(jù)與250 無(wú)冷鐵試塊(對(duì)照組)數(shù)據(jù)非常相近。即可用250 無(wú)冷鐵試塊數(shù)據(jù)精準(zhǔn)反應(yīng)210 厚度風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座腳板處的本體套料數(shù)據(jù)。為今后產(chǎn)品性能試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

        3 結(jié)論

        (1)在QT500 高硅材質(zhì)試塊中,冷鐵對(duì)試塊具有明顯的激冷作用。250 試塊本體受冷鐵影響,試塊相關(guān)性能如下:鑄鐵冷鐵>石墨冷鐵>無(wú)冷鐵。

        (2)試塊硬度未因冷鐵的使用發(fā)生明顯變化。

        (3)附鑄試塊鑄鐵冷鐵和石墨冷鐵的影響相近(作為內(nèi)冷鐵使用時(shí))。

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