朱艳华
(广东荻赛尔机械铸造股份有限公司,广东梅州 514600)
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。
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。
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
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。
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,%)
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
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
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
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。