高合金厚大球铁拖轮的铸造工艺研究

朱艳华

（广东荻赛尔机械铸造股份有限公司，广东梅州 514600）

1 铸造工艺设计

拖轮铸件用于大型纸浆业环保工艺上的石灰窑拖轮组设备，拖轮作为拖轮轴承座安装的主体，持续承载着高强度的压力和扭力，对强度、韧性、耐磨性和抗疲劳性能有特殊要求。客户要求拖轮材质QT700-2，本体抗拉强度≥650 MPa，延伸率≥2%，本体硬度265HBW，超声波探伤无明显缺陷。由于此铸件截面厚大，最厚位置600 mm，热节面积大，铁水凝固过程中极易产生缩松缺陷。

铸件最厚位置直径1 000 mm，最薄位置也有400 mm，为达到充分补缩，保证铸件各部位凝固的均匀性，工艺采用顶冒口、侧浇、周身放置冷铁、铸件侧立浇注的方式。铸造工艺如图1所示，冷铁使用专用冷铁，形状贴合模具表面放置，使用前抛丸干燥处理。

2 熔炼工艺控制

熔炼工艺重点控制铁水化学成分和浇注温度，铁水化学成分见表1.

图1 铸造工艺示意图

表1 化学成分（质量分数，%）

铁水浇注温度适当偏低，控制在1 320℃～1 350℃，运用堤坝式球化处理包，球化剂加入质量分数为1.2%，顶冒口以铁水充满为准。

3 热处理工艺

由于铸件强度和硬度要求高，结合铸态检查的本体硬度，采用正火加回火的热处理工艺，正火保温温度为910±10℃，保温4 h，回火保温温度为550℃～600℃，保温6 h，具体热处理工艺如图2所示。

图2 热处理工艺图

4 理化检验结果

拖轮铸件理化检验项目包括化学成分检验、表面硬度检验、本体剖切金相、机械性能检验、解剖磁粉探伤检验，对利用以上工艺生产的两件铸件（1#、2#）进行检验。

4.1 化学成分检验

化学成分检验结果见表2，满足熔炼工艺铁水化学成分控制范围。

表2 化学成分检验结果（质量分数，%）

4.2 表面硬度检验

表面硬度检验位置如图3，主要在最厚大的位置正面和侧面，冷铁位置和非冷铁位置，使用锤击式的布氏硬度计进行检验，检验结果如表3所示。

图3 铸件表面硬度检验位置

表3结果表明，最高和最低硬度值差14 HBW，各个位置硬度比较均匀。

表3 表面硬度检验结果

4.3 金相和机械性能检验

金相和机械性能检验在最厚大位置取样，如图4所示，一个工件上取三个样块，编号为3#、4#、5#.

图4 金相和机械性能检验取样位置

金相检验使用对比法，参照GB/T9441-2009《球墨铸铁金相检验》标准中4.1球化分级及评定（4.1.1、4.1.2、4.1.3、4.1.4），用标准中的图谱进行对比，确定球化级别（石墨球化率）。石墨形态和基体组织形态如图5所示。

图5 样块金相检验石墨形态和基体组织形态

三块样块检验球化等级3级，石墨大小5级，机械性能检验结果见表4.通过数据对比可以看出，3#样块离最大热节较远，冷却较4#、5#试块要快，珠光体含量、硬度、强度都要高一些。检验数据符合客户材质性能要求。

表4 试样本体剖切金相、机械性能检验结果

4.4 试样内部检验——磁粉探伤检验

磁粉探伤检验方法是对金属材料常用的缺陷检验方法，其原理是利用铁磁性材料被磁化后，由于材料内部可能存在的缺陷，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小，直观地表现出缺陷情况。

在两个工件最厚大截面做磁粉探伤试验，如图6所示，未发现肉眼可见缺陷。

图6 磁粉探伤试验

5 结 论

通过合理的铸造工艺设计，充分考虑到铸件厚大的结构，及熔炼过程控制和热处理工艺，保证拖轮产品的高强度、高硬度材质要求。拖轮试样表面硬度平均值为277.5 HB，试样本体内部硬度平均值为266.3 HB.附铸试块及本体内部金相均为球化3级（球化率80%以上），本体内部抗拉强度平均值为684.7 MPa，屈服强度平均值416.7 MPa，伸长率平均值为4.26%，检验结果符合客户QT700-2材料要求。试样剖切后进行内部磁探检验，没有发现试样内部存在缩松、缩孔缺陷，达到客户拖轮产品的技术要求。