原创 王德良 孙玉洁 等 锻造工程 2023-09-07 17:29 北京 听全文美国十次了

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剪辑导语：为提魁岸型饱读风机的责任效能，饱读风机中世轮部件用QT500-14材质替代原HT250材质。试验相关了固溶强化铁素体基球墨铸铁饱读风机叶轮的锻造工艺，接收呋喃树脂砂锻造，水平造型、垂直浇注，借助分析软件对充型和凝固历程进行CAE分析，优化锻造工艺，以确保铸件的里面质地时间条目；把柄厚大断面球墨铸铁件的特色，诡计了固溶强化铁素体基球墨铸铁QT500-14的因素和球化、滋长治理工艺，告捷研制出相宜GB/T 1348-2019中QT500-14招牌的时间条目的铸件。

动作饱读风机的中枢部件，叶轮的材料力学性能成功影响了饱读风机的转数和流量。频年来，跟着阛阓的各样化和客户条目的接续擢升，需要研制材质为QT500-14的叶轮。

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居品时间条目

叶轮铸件外形如图1所示。其分量1.6 t，概括尺寸为1 380 mm×780 mm×400 mm，壁厚75～125 mm，招牌为QT500-14。铸件附铸试块的力学性能条目：抗拉强度≥500 MPa，屈服强度≥400 MPa，断后伸长率≥14%，硬度180～210 HBW；球化品级在3级以上。

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图1 叶轮铸件外形图

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造型形貌和浇注系统

接收呋喃树脂砂造型，呋喃树脂氮含量＜3.0％，游离酚含量≤0.5％。树脂加入量占型砂分量的1.0%~1.2%，固化剂加入量（占树脂加入量）夏令30%~40%，冬季50%~60%，春秋季40%~50%。锻造工艺为水平造型，垂直浇注。浇注系统接收底注式，各组元截面积比是ΣS直:ΣS阻:ΣS横:ΣS内=1:0.6:1.4:1.3。其中直浇说念1个，面积4 000 mm2；阻流2个，位于直浇说念和横浇说念王人集处，用φ40 mm陶瓷料理作；横浇说念2个，用φ60 mm陶瓷管作念浇说念；内浇说念4个，用φ40 mm陶瓷管作念内浇说念。铸件顶部放2个φ190 mm、高280 mm的明发烧冒口。直浇说念中转折纳10PPi的SiC过滤片，过滤片尺寸φ200 mm、厚度40 mm。锻造工艺诡计如图2所示。

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图2 浇注系统诡计决策

接收MAGMA仿真软件对上述工艺进行充型和凝固仿真模拟分析。充型速率≤100 mm/s，铁液从下到上填充，充型历程巩固，无紊流和卷气，如图3所示。

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（a）充型25%

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（b）充型50%

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（c）充型75%

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（d）充型100%

图3 充型温度分析

从凝固历程分析，当液态初始平缓时，发烧冒口内的铁液对铸件进行补缩，待铸件液态平缓完成后，铸件通过石墨化延迟收场自补缩。把柄缩松判断分析，铸件无缩松缺陷（如图4）。

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（a）液相75%

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（b）液相50%

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（c）液相25%

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（d）缩松判据

图4 液态凝固分析和缩松判据

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熔真金不怕火和浇注工艺

由于粗俗球墨铸铁跟着抗拉强度的擢升断后伸长率会大大数落，而硅固溶强化铁素体基球墨铸铁却能在保证强度的同期，断后伸长率相较于同强度材料会大大擢升。更为进犯的是，固溶强化铁素体基球墨铸铁由于其基体组织的单一性，铸件硬度偏差较小，加工切削性能好，能延长刀具寿命，数落加工资本。是以，采取硅固溶强化铁素体基球墨铸铁动作饱读风机叶轮铸件的材质。

叶轮局部壁厚进步100 mm，属于厚大断面铸件，由于模数达2.86 cm，凝固历程徐徐，容易变成球化和滋长衰败，形成石墨涟漪、着花状和碎块状石墨等，甚至铸件力学性随机不上时间条目。因此，在诡计化学因素、熔真金不怕火和浇注工艺时，要要点防护这些问题产生。

3.1 化学因素的笃定

CE值的采用原则为不出现石墨涟漪、着花状石墨的前提下尽量擢升。把柄叶轮的壁厚和凝固仿真估计，CE笃定在4.3%~4.4%，此区间的铁液流动性好，缩松倾向小。

Si固溶强化铁素体基球墨铸铁，其实质即是Si置换了原晶格中的Fe原子或插足基体晶格舛错后，晶格发生畸变，增大了位错滑移阻力，使材料的强度和硬度擢升。因此，将最终ω（Si）值定为3.2%~3.4%。

C是石墨化元素。为防护产生石墨涟漪，将原铁液ω（C）限度定在3.25%~3.35%，最终ω（C）定为3.10%~3.30%。

Mn是碳化物形成元素。厚壁铸件由于冷却速率慢，ω（Mn）＞0.35%会趋向偏析插足液相，在共晶团畛域处形成网状碳化物，最终会数落铸件塑性和韧性，因此ω（Mn）定为0.25%~0.35%。

P在铁液中是无益元素，当ω（P）进步0.05%时，会加大偏析倾向，在晶界上形成低熔点共晶体，从而数落材料的力学性能。条目端正ω（P）≤0.04%。

ω（S）高会中庸铁液内的Mg，此时念念要保证石墨球化就需要加入更多的球化包芯线，变成蚀本。此外，原铁液中ω（S）过高，还会变成铸件出现夹渣缺陷。但ω（S）也不宜过低，过低（≤0.005%）会变成球化后滋长扫尾不良，使石墨球数不及，容易产生碳化物。最终ω（S）端正在0.006%~0.015%限度内。

ω（Sb）在0.003%~0.008%时，能与铁液中的RE等元素形成异质中枢，从而擢升球墨中枢的形核率。把柄叶轮壁厚将ω（Sb）端正在0.005%~0.007%之间，可有用扼制铁液中过量的稀土和Ti等无益元素的作用，并能擢升断面中心部位的球化率，使石墨球径小、球数多，铸态力学性能昭彰擢升。

把柄主要元素的特色，诱导笔者公司坐蓐球墨铸铁件的进修。最终笃定叶轮铸件的化学因素如表1所示。

表1 叶轮铸件化学因素（质地分数，%）

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3.2 球化包芯线和滋长剂的笃定

坐蓐厚大断面的球墨铸铁件时，球化包芯线和滋长剂的种类要经过悉心采用：

（1）球化包芯线要有很强的抗衰败和抗石墨畸变才气。因厚大断面铸件模数大，凝固所需时分长，极易变成球化与滋长衰败。相关与奉行标明，重稀土的球化衰败时分比轻稀土球化衰败时分长。因此，选用含有重稀土钇的球化包芯线，其中ω（RE总）为1%~3%，ω（Mg）为24%~31%。

（2）滋长剂要有加多石墨球数和抗衰败才气。一次滋长和二次倒包滋长都选用含有Ca和Ba的长效滋长剂。其中ω（Ca）为1%~2%，ω（Ba）为4%~6%，粒度3~8 mm。随流滋长使用粒度为0.2~0.7 mm 的硫氧随流滋长剂，以加多石墨形核数目，擢升石墨球圆整度，降速衰败。

3.3 熔真金不怕火和浇注历程

接收3 000 kg中频感应电炉进行熔真金不怕火，炉料配比为50%回炉料+50%废钢，通过增碳剂和硅铁转机至原铁液因素及格，陆续升温至温度中意条目后，铁液初始出炉。

出炉时，随铁液加入粒度为3~8 mm的硅钡滋长剂，加入量为0.5%。铁液分量达到条目后尽快移至球化室进行喂丝球化治理，球化完成后立即扒渣。球化包升沉至树脂砂浇注线进行二次倒包滋长，接收粒度3~8 mm的硅钡滋长剂，加入量为0.5%。

去除铁液名义浮渣后取光谱试样检测铁液因素，浇注温度为1 330~1 300 ℃，浇注时随铁液加入0.2~0.7 mm的硫氧随流滋长剂，至此完成三次滋长治理。浇注充型时分为80~100 s。

型内冷却23~24 h后开箱。

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性能测验扫尾

铸件附铸试块拉伸性能和现实硬度检测扫尾见表2，现实硬度测验位置见图5。

表2 QT500-14叶轮力学性能

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图5 现实硬度检测位置

从附铸试块中取样测验金相组织，图6、图7为腐蚀前后的金相组织图。由图6可见，球化率达到了85%以上，也即是GB/T 9441-2021中的3级以上；图7基体组织主要以铁素体为主，珠光体含量不及5%。

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图6 未腐蚀金相

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图7 腐蚀后

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论断

（1）期骗MAGMA仿真分析软件优化浇注系统，可最大铁心幸免铸件产生充型和凝固缺陷，数落建造周期，擢升工艺出品率。

（2）坐蓐厚大球墨铸铁件时，容易产生球化和滋长衰败及着花状、碎块状石墨和石墨涟漪等问题。因此，需严慎笃定化学因素。笃定固溶强化铁素体基球墨铸铁QT500-14材质化学因素为：CE 4.3%~4.4%，并端正ω（C）3.10%~3.30%、ω（Si）3.2%~3.4%、ω（P）≤0.04%、ω（Mn）、ω（S）和ω（Sb）在合适限度，接收含钇重稀土球化包芯线和三次滋长，在1 330~1 300 ℃低温浇注工艺，坐蓐出了中意QT500-14时间条目的厚大断面叶轮铸件。

（3）批量坐蓐的叶轮铸件，加工切屑性能考究，装机考据及格。这说明，为擢升饱读风机效能，所采用的叶轮材质和接收的制备工艺是合理的。

作家单元：1. 山东联诚精密制造股份有限公司；2. Ferroglobe

剪辑审核：柳开国

微信剪辑：蔡文娟

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