使用石墨预处理方法生产风电机球墨铸铁的实例介绍

使用石墨预处理方法生产风电机球墨铸铁的实例介绍发布时间:2008-12-03内容提要这篇文章总结了国内某铸造厂使用石墨预处理方法生产风电机球墨铸铁过 程中的效果。试验表明，使用预处理可以在一定程度上细化石墨，提高单位面积上的墨球 数量，改善墨球的形状，使得墨球在大小，形状和分布都更加均匀。墨球数量的 提高，墨球形状的圆整、细化和均匀分布，使我们得到了具有更加均匀的机械和 物理性能的铸件。特定铸件中更加均匀的墨球分布是更加均匀的凝固顺序的结 果。因此我们在这家铸造厂看到生产的稳定性和可靠性在采用预处理工艺后亦有 所提高。引言近年来，风电机铸件生产的发展极为迅速。特别是为了满足国外市场更加严 格的采购条件，得到具有稳定的物理和机械性能、稳定的耐久性和疲劳度的铸件， 改善铸造工艺效率已经成为生产该类铸件的厂家的努力方向。为了达到上述效 果，在质量控制手段中一个重要的方面就是获得可重复得到的凝固组织，特别是 充分的球化率，较高的墨球数量和较均匀的石墨分布。为了达到上述目的，国外不少铸造厂使用石墨性的孕育媒介在球化反应前对 球铁的原铁液进行处理，即所谓的预处理。全球风电技术的领航者维斯塔斯公司 也建议其合作铸造厂使用高质量的石墨预处理剂做类似的尝试。文中提及的铸造 厂使用卓越石墨公司生产的帝首固石墨预处理剂生产 EN-GJL400-18LT 铸件，在 不到2 个月的试用生产过程中，尽管仍有许多参数的波动和不稳定性无法避免， 但是从整个趋势上看，采用预处理增碳剂对于提升和稳定铸件质量的积极效果还 是非常明显的。下面我们将把该铸造厂的铸造工艺和得到的结论逐一介绍给大家。实验过程及结果生产条件该厂使用 KGPS-DX 型 3 吨中频无芯感应电炉熔炼，最大功率为 2000 千瓦， 频率为300 赫兹。调整好化学成分后（由于预处理剂有增碳效果，因此这里使碳 含量低于目标值 0.2%）在铁水包内脱硫，脱硫后将铁水倒回电炉，当 1/4 铁水 倒入电炉时在液面上加入 0.2-0.25%石墨预处理剂，然后将剩余铁水全部倒回。 此时略微升温搅拌（约3 分钟），待到达出铁温度（1470-1480 度时）出铁进行 三明治球化处理（球化剂含镁量约5.8%,加入量为1%）和孕育处理（0.3%FeSi75）, 二次随流孕育（0.15% Ultraseed 孕育剂）后浇注。使用树脂砂机械造型线。试生产的铸件重 72.7公斤，每箱 7件（另有 1件为附铸试样）。每型内浇 注总量达到630 公斤，浇注时间约 35秒，浇注温度为 1365-1385 度。铸件要求 在铸态状态下满足球铁 EN-GJL400-18-LT 的验收指标。检测附铸试样验收。采用预处理工艺，除了上文提及的在出铁球化前在铁液中添加 0.2-0.25%的 石墨预处理剂之外，所有质量控制工艺、铁液化学成分都与原传统工艺完全相同。石墨微观组织图 1a 和图 1b 显示了在不同工艺条件下生产的铸件试样的典型石墨形态：1韭传密工艺下生产A 00孔戢样的協决绘皱，三个不同视场，100该铸造厂采用软件对两组不同工艺条件下随机抽取的试样就墨球数量，墨球 形状，墨球大小作了分析，A为采用传统工艺的试样，B为采用预处理工艺的试 样，av表示该组平均值。分析结果如表2所示：rVTotalVI+ y-yi.+vTotalN odu larity.-1/ g m国霁阊工坛恬10020-fA14168109109100%：78.24%:100202A26792159159100%：80.10%10020-3.A39159150150wo第87.%-30030.1A47068廊130100%84.47%30030-2A58851139139100%87.59%|0030A69756153153100%88.20%AVGAav7666141141WD弱8 4.翠黑3100-1B179151151100%85.86%3100；B2：6284146146100%83.91.%：.3100-3-03-7073-佃14310085.77-10080-1B47681157157100%85.99%-10080-2；B57089159159100%8.53.10080r3B67382155155100%85.57%BVG Bav7181152-152100%85.11%从表2 可以看出，采用预处理工艺的试样结果与采用传统工艺的试样结果相 比，墨球总数量，较为圆整的墨球比例，球化率的平均值都有提高，而石墨的尺 寸则有所降低。其中墨球总数提高了 2%,较为圆整的墨球数量（VI+V）提高了 8%，球化率提高了 1%。也就是说，使用预处理工艺后，石墨更加细小，石墨的 形状更加圆整,而且单位面积上的墨球数量增多。同时我们也可以看出,采用传统工艺的试样的结果起伏较大,而采用预处理 工艺的试样结果则更加稳定和均一。机械性能从理论和经验上讲,铸件微观组织的改善和均匀必然得到更加优良和稳定的 机械性能。这一点在我们的铸造实例中又一次得到验证。表4汇总了该铸件的主 要机械性能测试结果,包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度、低温抗冲击强 度（三点平均、最小值）等。 A 组数据为采用传统工艺获得的试样结果, B 组数 据为采用预处理工艺获得的试样结果, av 表示该组平均值。从表3中的数据来看,采用预处理工艺获得的试样与采用传统工艺获得的试 样相比,其平均屈服强度提高了近5%,抗拉强度提高了 3%,延伸率提高了近9%, 低温抗冲击强度的平均值和三点最小值都有小幅上升。硬度则有小幅下降（随着 墨球数量的提高,由于每个墨球外围的铁素体外壳的厚度不变,基体中铁素体的 含量将有所增加,因此硬度会有所下降）,采用预处理工艺得到的硬度较低的铸 件通常具有更加优良的机械性能。从表3 我们也可以看出,特别是在抗拉强度,硬度和低温抗冲击强度方面, 采用预处理工艺得到的结果明显具有更好的稳定性和均一性。这是更加稳定和均 一的微观组织的必然结果。结论从上面的工厂生产实验可以初步得出如下结论：即使无法象在实验室中那样 严格地控制生产过程中的其他参数,在球墨铸铁的生产中采用石墨预处理工艺可 以为生产厂家带来如下益处：1. 铸件的微观组织更加均一稳定：墨球数量提高，墨球更加细化和圆整，而 且大小和分布更加均匀。2. 更加均一稳定的微观组织使我们进一步得到具有更加均匀的机械和物理 性能，屈服强度，抗拉强度，延伸率，低温抗冲击强度的平均值都有所增加，硬 度有所降低，而且均匀度更好。3. 特定铸件中更加均匀的墨球分布是更加均匀的凝固顺序的结果。因此这将 提高铸件生产的稳定性和可靠性。可能还有其他技术可以同样得到上述效果。而石墨预处理的意义在于石墨的 添加不会增加铁液的内含物质。但是为了得到最佳效果，石墨应在球化处理前加 入到铁液中（据国外文献介绍，有实践证明铁液中镁的存在使得石墨不容易被铁 液浸润，从而难以溶解）；另外石墨预处理使用的添加物必须为石墨性预处理剂 （非石墨性的碳产品则无法达到这样的效果）。此外，据国外资料介绍，由于墨 球数量的提高，石墨预处理还可以显着减少铸件中碳化物的形成（在其他参数保 持不变的情况下）。由于本文提及的铸造厂采用传统工艺生产其产品铸件已经基 本清除了碳化物的缺陷，因此在试验中没有专门涉及。