QT400-18L风电球墨铸铁件铸造工艺改进.pdf

2024年第1 期2024年2 月铸造工艺QT400-18L风电球墨铸铁件铸造工艺改进铸造设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT ANDTECHNOLOGYD0I:10.16666/ki.issn1004-6178.2024.01.002Feb.2024No1魏立斌，赵庆礼（兰州电机股份有限公司，甘肃兰州7 3 0 3 1 4)摘要：针对QT400-18L风电球墨铸铁件，进行铸造工艺改进。在铸件底部、铸件内圈以及铸件外圈部位均匀放置外冷铁，增加铸型的激冷能力，减小金属液凝固区域，加快金属液结晶、凝固冷却速度。设计专用浇口杯结构，减少铁液与空气的接触面，有效防止气体和熔渣卷入型腔，减轻液流对树脂砂型腔的冲击。控制砂型（芯)的硬度，减小石墨自膨胀。烘烤砂型，型腔水分，降低形成气孔的倾向。优化熔炼过程，获得更多石墨球的致密组织。通过上述工艺措施，有效预防了风电QT400-18L球墨铸铁件缩孔、疏松缺陷，提高了球墨铸铁件的成品率，降低了成本，成功完成了4.2 MW前、后压盖等圆环类厚壁铸件的生产任务。关键词：QT400-18L；风电铸件；缩孔、疏松缺陷；提高成品率；工艺改进中图分类号：TG24Improvement of Casting Process for Ductile Iron Castings(Lanzhou Electric Corporation,Lanzhou Gansu 730314,China)Abstract:4.2MW wind power casting as an important part of our wind turbine,strict control of the internal quality of the castingis the key.The casting process of ductile iron was improved.The outer cold iron is evenly placed on the bottom of the casting,the in-ner ring of the casting and the outer ring of the casting to increase the chilling capacity of the casting mold,reduce the solidificationarea of the liquid metal,and accelerate the crystalization and solidification cooling speed of the liquid metal.The special pouring cupstructure is designed to reduce the contact surface between liquid iron and air,effectively prevent gas and slag from getting involvedin the mold cavity,and reduce the impact of liquid flow on the resin sand mold cavity.Control the hardness of sand mold(core)andreduce the self-expansion of graphite.Baking sand mold,cavity moisture,reduce the tendency to form pores.Optimize the meltingprocess to obtain more dense structure of graphite balls.Through the above process measures,the shrinkage and porosity defects ofductile cast iron are effectively prevented,the yield of ductile cast iron is improved,the cost is reduced,and the production task ofring thick-wall castings such as 4.2MW front and back gland is successfully completed.Key words:QT400-18L,wind power casting,shrinkage cavity and loose defects,improve product rate,process improvement文献标识码：AWEI Li-bin,ZHAO Qing-li文章编号：1 6 7 4-6 6 9 4(2 0 2 4)0 1-0 0 0 6-0 34.2MW风电铸件其材质欧洲标准为EN-GJS-1缩松形成的机理及工艺改进思路400-18U-LT，相对应的国家标准为QT400-18L,对材料化学成分、机械性能按照欧洲标准DINEN1563要求；铸件加工后按照欧洲标准进行1 0 0%渗透、磁粉、超声波检测内部质量。公司自制风电前、后压盖铸件属于厚大圆环类厚壁铸件，探伤检测后局部出现缩孔、疏松等缺陷，废品率极高，为了提高QT400-18L球墨铸铁件成品率，对QT400-18L球墨铸铁件进行铸造工艺改进。收稿日期：2 0 2 3-0 7-1 4作者简介：魏立斌（1 9 8 0-），男，本科，工程师，主要从事铸造模具设计与工艺研究。6球墨铸铁的缩孔、缩松是在铁液的液态和凝固收缩过程中引起的，球墨铸铁是糊状凝固方式，糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在有如粥糊，大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，从而产生缩孔、缩松缺陷。防止球墨铸铁缩孔、缩松缺陷通常采用碳当量相对较高的配料方式；树脂砂较高的砂型硬度；增加冷铁加快铁水逐层凝固；利用球墨铸铁石墨膨胀2024年第1 期原理和逐层凝固过程从而得到组织致密的铸件内部质量等措施。2工艺改进措施2.1冷铁的合理放置由于公司自制前、后压盖铸件属于圆环类厚壁铸件，在金属液凝固过程中结晶，凝固区域较宽，厚实部位容易产生较为集中的缩孔或疏松。为了防止铸件产生缩孔、疏松缺陷，改善铸件金相组织和力学性能，有利于铸件的容积凝固转变为逐层凝固，经过反复验证在铸件底部、铸件内圈以及铸件外圈部位均匀放置外冷铁，增加铸型的激冷能力，减小金属液凝固区域，加快金属液结晶、凝固冷却速度，保证获得组织致密、石墨球径小的铸件。风电QT400-18L球墨铸铁件压盖铸造工艺如图1 所示,采用3 组随形冷铁，冷铁材质：HT200.其中：1 号冷铁：3 50 8 0 x30，共8 件；2 号冷铁：25015040，共4件；3 号冷铁：2 50 6 0 2 5，共4件。2.2专用浇口杯的设计为了优化浇注系统，风电压盖设计了专用浇口魏立斌，赵庆礼：QT400-18L风电球墨铸铁件铸造工艺改进2.4涂料的选择铸型涂敷所选的涂料为醇基涂料，为了提高抗粘砂能力,现将涂料由FQ506醇基石墨粉涂料改为耐火度高的FQ580醇基高铝矾土粉涂料。为了保证铸型表面涂料有相对合适的涂层厚度、合适的渗透性,规定了相关的工艺参数：流涂密度为1.5g/cm1.6g/cm，涂层厚度为0.2 0.3，流涂次数1 次。2.5砂型的烘烤过程经过验证砂型的烘烤过程可以采用以下两种方式进行烘烤。1）用汽油喷灯预烤砂型（主要是冷铁），目的是使冷铁发汗，减少型腔水分，降低形成气孔的倾向；铸造设备与工艺杯，如图2 所示。在浇注时金属液充满浇口杯，减少与空气的接触面，有效防止气体和熔渣卷人型腔，减轻液流对树脂砂型腔的冲击，有利于熔渣、杂质上浮，挡渣作用明显。2.3砂型(芯)硬度的控制在凝固过程中，由于石墨自膨胀，为了获得组织致密、石墨球径小的晶粒，要求砂型（芯）要有足够的强度，春砂力求硬度均匀，用砂型硬度计进行测量，控制在8 5 9 0 单位范围内。A一A附铸试块口昌用S:1420#1802:13块均布30341030ASR25OS90009d180BB#155088299314B-B2:1图1 风电QT400-18L球墨铸铁件压盖铸件工艺图Feb.20244No1铸造设备与工艺2801402024年第1 期2-110d9090R55耐火砖60001浇口杯砂箱R140底部树脂砂R90底部陶瓷直浇口R56底部40R106底部图2 风电压盖专用浇口杯-2 预烤后下芯，下芯位置准确无误后合箱，然后热风机烘烤1.5h2h，烘烤温度为2 0 0，关停热风机，自然冷却1.5h2h待浇注。2）砂型造型完成后，自然晾干至少一天以上；只用汽油喷灯烘烤冷铁，每型烘烤2 0 min后合箱待浇注。2.6熔炼过程的调整1）熔炼配料调整如表1 所示，熔炼配料去除了废钢，是为了提高含碳量，以获得更多石墨球的致密组织。表1 熔炼配料和合金工艺要求名称南非生铁球化剂ND-IZ孕育剂1加人量/kg1075颗粒度/mm330注：1)辅助材料：覆盖剂1 0 kg;除渣剂1 0 kg；硅钢片1 0 kg;2)生铁必须滚筒清理表面铁锈及污物；3)球化剂、孕育剂、硅钢片加人前应先放在炉口烘烤方可加人；4)硅钢片应去除表面漆及油污。2）将称量好的生铁加人中频炉中进行熔炼，待熔化基本结束时往铁水中加人1 3 kg的7 5%硅铁。3）完全熔化后测温，温度达到1 50 0 时，将自制堤坝式球化包吊人出铁坑，出铁水预热球化包。在球化包铁水上表面撒人清渣剂（主要成分珍珠岩）聚渣，为保证去渣完全，反复至少2 3 次清渣过程。再倒人炉中升温静置,静置温度为1 53 0 81550,静置时间4min5min，浇注试样进行炉前化分，调整铁液成分。4）热包后球化准备工作，应先将球化剂及孕育剂按顺序进行装载，球化剂一捣实一孕育剂1 一小块硅钢片,再用厚度6 mm钢板覆盖严实压紧，周边空隙处铺少量除渣剂。5）准备工作做好后，将中频炉关停进行铁水降温，扒渣后用测温仪进行测温，温度达到1 46 0 1480时出炉，进行球化处理，出铁时，先出2/3 铁水，出铁速度要求快,球化反应时间大概9 0 s左右，待球化反应基本平静后，再出剩余1/3 铁水同时随孕育剂275%硅铁13.5952558流加入孕育剂2 进行随流孕育。2.51313406）出完铁水后，用铁耙反复推压熔渣及铁水后扒渣，扒渣前应及时测温并记录。7）取样,深人到铁水表面2 0 cm以下取样浇注三角试块、圆柱金相试样以及机械性能试棒,观察三角试块球化良好后方可浇注。三角试块断口：断口呈银白色，组织细密，中心有些缩松，外轮廓有较大圆角，两侧及上表面有缩凹，断口尖部略带白口约3 mm，敲击时有清脆金属声。2.7浇注过程的控制1）球化反应扒渣完毕至浇注完毕必须控制在（下转第1 4页）Feb.2024No1a)溢流冒口图5机体上表面结构改进示意图a）凸轮轴上部贴片b）凸轮轴下部贴片图6 凸轮轴处增加工艺补贴示意图a）加强筋位置b）凸轮轴位置图7 改进效果图斜浇注时，凸轮轴拱形位置在工装修改后接近为平面，减少砂型对铁水阻挡作用，浇注过程中铁水沿砂型表面快速充型，铁水和气体能够上升顺畅并排出型腔，如图6 所示。3.3铸造工艺改进批量自动化产线生产模式，提升大型铸件生产效率，迫切的需要开发新的铸造工艺保证产品质铸造设备与工艺量。针对MAGMA铸造仿真温度场模拟分析结果，提升铁水的浇注温度为1 40 0 1 42 0，保证充型过程在铁水温度和流动性，促进气体排出。3.4效果验证铸造方案实施后，通过增设溢流冒口和竖向加b)竖向加强筋强筋有助于气体的排出，通过铁水温度的升高提高了浇注后期铁水流动性，目前该产品气孔缺陷问题得到有效解决，铸件上表面质量如图7 所示。4结论1）增加竖向加强筋和凸轮轴拱形结构工艺补贴，增加了排气通道和排气面积，同时升高浇注温度进一步提高铁水流动性，有助于气体上浮排出，2）解决气孔缺陷的问题，需要充分考虑铸件的结构特性和铁水固有特性等多方面影响，还应该考虑到发气量、排气面积以及浇注系统的影响，并通过增设溢流冒口等措施消除局部的排气不畅。参考文献：c）前后端位置1】张永青,齐建，秦鹏，等.大型直列柴油机机体气孔缺陷解决J.中国铸造装备与技术2 0 1 9,54(0 4)：45-48.2季境伟，单忠德，张帅.发动机缸体铸铁件浇注系统工艺设计规律研究 J.铸造，2 0 1 8,6 7(0 9)：8 41-8 45.3机械工业出版社铸造专业图书推荐 J.铸造设备与工艺,2 0 2 0(05):65-66.4任现伟.铸铁件气孔缺陷的原因分析与防止措施J】.现代铸铁,2 0 2 0,40(0 4)：51-55.5朱劲松，李天才.充型过程中铸造缺陷形成的原因及消除措施J.铸造技术,2 0 1 5,3 6(1 2)：3 0 2 7-3 0 2 9.2024年第1 期(上接第8 页）15min以内,以防止球化衰退（如果停留时间较长会促使石墨无限生长，甚至形成开花状或蠕虫状，使石墨级别达不到技术要求，导致铸件报废）。2）用红外测温仪进行测温浇注（浇注时应有专人进行挡渣），浇注温度为1 3 3 0 1 3 50，浇注时间控制在45s以内。3结论针对厚大风电球墨铸铁生产过程局部出现缩孔、疏松等缺陷，制定了局部设置冷铁、控制砂型硬度、制定合理的熔炼处理工艺、设计专用浇口盆等工艺改进措施，有效预防了公司自制风电QT400-18L球墨铸铁件缩孔、疏松缺陷的产生，提高了球墨14铸铁件的成品率，降低了成本，成功完成了4.2 MW前、后压盖等圆环类厚壁铸件的生产任务。同时，为以后公司生产风电用前后轴承座及刹车盘等其他大型风电球墨铸铁铸件积累了宝贵的经验。参考文献：1中国机械工程学会铸造学会.铸造手册M.第2 版.北京：机械工业出版社，2 0 0 3.2魏华胜.铸造工程基础 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