风冷系统在厚大断面球墨铸铁上的应用_赵红霞.pdf
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1、铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工112图1端盖铸件模数分布图2热电偶设置位置图34种材料冷却曲线1石墨冷铁 2挂砂冷铁 3挂砂冷铁冷却水 4石墨冷铁空冷 风冷系统在厚大断面球墨铸铁上的应用赵红霞,柴树繁,李杰,徐小光齐齐哈尔重型铸造有限责任公司 黑龙江齐齐哈尔 161005摘要:针对厚大断面球墨铸铁在凝固过程中容易出现缺陷的情况,介绍了几种冷却方法,以及在生产中采用钇基重稀土镁合金与轻稀土硅铁镁合金复合配置的长效球化剂,同时采用强制冷却多次孕育等工艺手段,满足了产品设计要求。关键词:风冷;强制冷却;复合球化;多次孕育1 序言随着科技的发
2、展,厚大断面球墨铸铁在不同领域应用比较广泛,由于该材质的凝固特性,采用常规生产方法时,无损检测和内部球化率检测很难满足要求,从而导致铸件报废。我公司为美国生产的大型球磨机进出料端盖毛重37t,最大轮廓尺寸为4386mm1826mm,最大高度2400mm,一般壁厚172mm,最大壁厚246mm,最大热节圆直径为300mm,其模数分布如图1所示。2 试验方法2.1 冷却方法的试验采用0.5t中频感应电炉熔炼铁液,采用树脂砂造型,在铸型上部加保温砖模拟铸件在相同壁厚冷却条件下凝固时间。采用4种冷却方式进行铸件模拟,热电偶设置位置如图2所示,冷却曲线如图3所示。单铸试块力学性能检测按ASTMA 536
3、:2004球墨铸铁规定,浇注75mm的Y形试块,力学性能为Rm560MPa,Rp0.2358MPa,A10%。附铸试块要求Rm500MPa,Rp0.2320MPa,A5%。铸件进行无损检测,技术条件中规定不允许存在裂纹及超过2mm当量的缩孔、3mm当量夹渣缺陷。因此,为满足产品要求,我们在生产前进行了模拟试验。1)采用石墨冷铁,石墨厚度与铸件壁厚之比为0.51。2)采用挂砂冷铁,冷铁与铸件的重量之比为0.71。3)采用挂砂冷铁冷却水。4)采用石墨冷铁空冷,石墨厚度与铸件壁厚铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工113之比为0.81。从图3可看
4、出,曲线3、曲线4可以满足要求,考虑到水冷装置比较复杂,安全性要求较高,因此采用曲线4冷却方式,在满足要求的同时,装置不复杂,也较安全。2.2 球化剂的试验钇基重稀土镁合金的特点是抗球化衰退能力强,由于钇基重稀土的价格较贵,因此采用钇基重稀土镁合金与轻稀土硅铁镁合金复合,这样既能满足产品设计要求,又能节约成本。为此,浇注尺寸为300mm300mm300mm试块,采用树脂砂三箱造型。球化剂配比:球化剂总加入量为1.8%,其中Mg8Re3球化剂占80%,钇基重稀土合金球化剂占20%;孕育剂为1.0%。炉料配比:生铁75%,废钢25%。球化处理温度为1486,浇注温度为1307。在距试块中心位置分别
5、为50mm、100mm、150mm取样,其检测结果见表1。表1试块金相组织、球化级别及石墨大小试块位置/mm金相组织球化级别/级石墨大小/级50铁素体珠光体26100铁素体珠光体235150铁素体珠光体443 试验条件采用树脂砂造型,熔炼设备为20t无芯工频感应电炉和20t保温电炉,两个20t和一个10t球墨铸铁专用堤坝包及各种检测仪器。生铁采用Q10专用球墨铸铁生铁,采用钇基重稀土合金球化剂和Mg8Re3球化剂,脱硫剂采用工业纯碱Na2CO3,涂料为锆石粉醇基快干涂料。4 铸造工艺设计4.1 冒口的设计冒口的作用是提供铁液收缩和补缩所需的液体,因此冒口是保证铸件质量的重要条件之一1。铸件的模
6、数计算式为 MV/S式中 M铸件模数(cm);V铸件体积(cm3);S铸件冷却表面积(cm2)。由端盖铸件结构特点可知,各部散热模数不一样,将铸件分为5个区域(见图1)。通过计算得:M6.8cm、M13.87cm、M8.49cm、M11.75cm、M15.75cm。根据生产经验,厚大断面球墨铸铁一般冒口的模数为:M冒(1.11.2)M,因此M冒达到14.1cm即可,实际冒口为15.75cm。4.2 造型工艺采用树脂砂造型,石墨冷铁风冷进行强制冷却,如图4所示。采用半封闭浇注系统(见图5),根据经验确定内浇道为40mm16mm,截面积为202.2cm2,各组元的面积比为F直F横F内1.32.71
7、。图4风冷系统示意图5浇注系统示意4.3 风冷系统的设计为保证铸件内部的散热,在铸件内部采用风冷系统,风压为825770mmH2O(1mmH2O9.8Pa),采用风量为43205180m3/h的风机。风冷系统中,在进风口安装阀门来控制进风量,风冷效果较好,铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第3期 热加工114出风口温度控制在120左右。4.4 化学成分及浇注方案合理的化学成分对球墨铸铁的力学性能和铸造性能有着重要的影响,通过试验,目标化学成分2为:wC3.3%3.5%,wSi2.2%2.6%,wMn0.4%0.8%,wP0.06%,wS0.02%,wR
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