风电用轮毂铸件缩松缺陷浅析及防治
2016-04-08王敏刚孙建浪卫蓉陕西柴油机重工有限公司陕西兴平713105
王敏刚,孙建浪,卫蓉(陕西柴油机重工有限公司,陕西兴平 713105)
风电用轮毂铸件缩松缺陷浅析及防治
王敏刚,孙建浪,卫蓉
(陕西柴油机重工有限公司,陕西兴平 713105)
摘要:简要介绍了某型风电用轮毂缩松缺陷形成的原因及防治措施,通过将原铁液含碳量控制在3.83%~3.9%,出炉温度控制在1 450±5 ℃,球化剂装包时适当紧实,最终将残余镁量控制在0.040%~0.045%范围内可有效的防治某型风电用轮毂缩松缺陷的出现。
关键词:轮毂;球墨铸铁;缩松
自从2009年投产至今,我公司生产某型风力发电用轮毂铸件约1000件。在生产中发现,该铸件在导流罩与三侧板交界处经常出现超声波检测不合格现象,解剖后发现此部位存在麻点状缩松,有时这种缩松导致的废品率高达15%,为了彻底解决该部位缩松问题,我们进行了一系列技术攻关。
1 铸件结构及工艺简介
1.1铸件结构
如图1所示,该型轮毂由导流罩孔、主轴孔、三个侧孔及其侧孔筋板构成,主轴孔区域壁厚约210 mm,铸件主要壁厚约100 mm,三侧孔厚50 mm。筋板与导流罩交接处热节圆直径为φ128 mm,轮毂缩松区域就在此处。
图1 轮毂铸件结构图
图2 轮毂铸件解剖结构图
1.2工艺简介
该型轮毂采用树脂砂手工造型,底注开放式浇注系统,三侧法兰顶部设置三个侧冒口,导流罩孔端面内部放置1#冷铁,主轴孔端面放置2#冷铁,侧孔筋板与导流罩内壁交接处放置3#冷铁,如图3所示。材质为EN-GJS-350-22U-LT,浇注铁液质量1 4800 kg,铸件毛坯质量约1 1800 kg,浇注温度1 340~1 360 ℃,充型时间约200 s。
图3 轮毂工艺简图
2 缺陷描述及原因分析
2.1缺陷描述
在批量生产中,在超声波检测三侧孔筋板与导流罩交接部位时,该型轮毂经常出现检测结果不符合技术要求现象。经对该部位进行本体解剖发现为缩松缺陷,如图4所示。
2.2原因分析
对合格和缩松轮毂的碳含量及碳当量进行了对比统计发现,合格轮毂原铁液碳含量主要集中在3.83%~3.90%之间,碳当量CE为4.3~4.5,而缩松轮毂原铁液碳含量主要分布在3.75%~3.80% 和3.9%~3.95%,碳当量CE主要分布在4.25~4.3 和4.5~4.55。对于碳含量在3.83%~3.90%,有时也会出现缩松现象,通过大量的统计分析,发现缩松轮毂残余镁量较高,一般比合格轮毂高约0.002%~0.005%。
图4 轮毂缩松照片
分析认为,球墨铸铁经过两个阶段形成铸态组织。首先是凝固阶段,这个过程包括:液相中析出球状石墨、在液相线温度开始析出初生相、进行共晶转变、晶间碳化物析出,过程结束出现凝固组织[1]。当铁液含碳量过高,球化后将会析出初析石墨球此时铸件仍为液态,且铁液碳量越高,初析石墨球越多越大,这部分石墨对铸件减少缩孔、缩松不起任何作用,反而降低了在固态相变时产生石墨化膨胀的碳的含量,若初析石墨球多且大,将影响材质力学性能。当碳含量过低或碳当量过低,铸件在凝固时不能产生足够的石墨化膨胀,即不能有效的减少缩松面积。所以减少球墨铸铁件的缩松应根据铸件缩松部位热节大小,选取适当的含碳量和碳当量。
球墨铸铁因为铁液含镁,促使状态图上共晶点右移 ,残余镁量过高会使铁液产生过冷,铁液收缩性增大。铸件易产生缩松。导致镁含量不稳定的因素主要有:球化温度不稳定,当压力一定时,镁的饱和溶解量随反应温度的降低而增加[1],当球化温度反应过低将促使镁含量增加。此外球化剂装包紧实程度也影响球化反应时间及镁的吸收率。
3 改进措施及效果
经分析研究采取了一下改进措施。
1)碳含量控制在3.83%~3.90%之间;
2)出炉温度控制在1 450± 5℃;
3)球化剂装包紧实适度,避免过分紧实。
改进后原铁液碳化控制在3.84%~3.88%,球化后碳含量为3.65%~3.75%,残余镁量0.040%~0.045%,该型轮毂探伤合格率由原先的85%提高至99%。
4 结论
1)将碳含量控制在3.83%~3.90%可有效地提高某型轮毂石墨化膨胀效果,进而减少缩松缺陷;
2)将出炉温度控制在1 450±5 ℃,球化装包适当紧实可保持稳定的残余镁量,
3)残余镁量控制在0.040%~0.045%可有效的解决某型轮毂的缩松问题。
参考文献
[1] 郝石坚,宋绪丁.球墨铸铁[M].北京:化学工业出版社,2014.11.
[2] 吴和保,樊自田,龙文元, 等. 轮毂类球铁件缩孔缩松缺陷的形成机理及防治措施[J]. 中国铸造装备与技术, 2003(5).
[3] 王晓妍,李会珍. 球铁轮毂的生产工艺[J]. 中国铸造装备与技术,2007(2).
Type of wind wheel casting shrinkage defects analysed and prevention
WANG MinGang,SUN JianLang,WEI Rong
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co.,Ltd.,Xingping 713105,Shaanxi,China.)
Abstract:Wheel for a certain type of wind power are introduced briefly the causes of the formation of shrinkage defects and prevention measures, through the original molten iron carbon content control in 3.83% ~3.9%, the temperature control in 1 450+5 ℃, nodularizer to pack when appropriate tight, will eventually within the residual amount of magnesium is controlled in the range of 0.040%~0.045% can be effective prevention and control of a certain type of wind power with wheel hub shrinkage defects.
Keywords:wheel hub ;ductile cast iron; shrinkage
作者简介:王敏刚(1981—),男, 工程师,从事铸铁铸造工艺及熔炼工作.
收稿日期:2015- 09- 09
DOI:10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 3
中图分类号:TG255;
文献标识码:A;
文章编号:1 006- 9658(2016)01 -0039- 02
稿件编号:1509- 1061