風電用輪轂鑄件縮松缺陷淺析及防治

王敏剛，孫建浪，衛蓉（陜西柴油機重工有限公司，陜西興平 713105）

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風電用輪轂鑄件縮松缺陷淺析及防治

王敏剛，孫建浪，衛蓉
（陜西柴油機重工有限公司，陜西興平 713105）

摘要：簡要介紹了某型風電用輪轂縮松缺陷形成的原因及防治措施，通過將原鐵液含碳量控制在3.83%～3.9%，出爐溫度控制在1 450±5 ℃，球化劑裝包時適當緊實，最終將殘余鎂量控制在0.040%～0.045%范圍內可有效的防治某型風電用輪轂縮松缺陷的出現。

關鍵詞：輪轂；球墨鑄鐵；縮松

自從2009年投產至今，我公司生產某型風力發電用輪轂鑄件約1000件。在生產中發現，該鑄件在導流罩與三側板交界處經常出現超聲波檢測不合格現象，解剖后發現此部位存在麻點狀縮松，有時這種縮松導致的廢品率高達15%，為了徹底解決該部位縮松問題，我們進行了一系列技術攻關。

1　鑄件結構及工藝簡介

1.1鑄件結構

如圖1所示，該型輪轂由導流罩孔、主軸孔、三個側孔及其側孔筋板構成，主軸孔區域壁厚約210 mm，鑄件主要壁厚約100 mm，三側孔厚50 mm。筋板與導流罩交接處熱節圓直徑為φ128 mm，輪轂縮松區域就在此處。

圖1　輪轂鑄件結構圖

圖2　輪轂鑄件解剖結構圖

1.2工藝簡介

該型輪轂采用樹脂砂手工造型，底注開放式澆注系統，三側法蘭頂部設置三個側冒口，導流罩孔端面內部放置1#冷鐵，主軸孔端面放置2#冷鐵，側孔筋板與導流罩內壁交接處放置3#冷鐵，如圖3所示。材質為EN-GJS-350-22U-LT,澆注鐵液質量1 4800 kg，鑄件毛坯質量約1 1800 kg，澆注溫度1 340～1 360 ℃，充型時間約200 s。

圖3　輪轂工藝簡圖

2　缺陷描述及原因分析

2.1缺陷描述

在批量生產中，在超聲波檢測三側孔筋板與導流罩交接部位時，該型輪轂經常出現檢測結果不符合技術要求現象。經對該部位進行本體解剖發現為縮松缺陷，如圖4所示。

2.2原因分析

對合格和縮松輪轂的碳含量及碳當量進行了對比統計發現，合格輪轂原鐵液碳含量主要集中在3.83%～3.90%之間，碳當量CE為4.3～4.5,而縮松輪轂原鐵液碳含量主要分布在3.75%～3.80% 和3.9%～3.95%，碳當量CE主要分布在4.25～4.3 和4.5～4.55。對于碳含量在3.83%～3.90%，有時也會出現縮松現象，通過大量的統計分析，發現縮松輪轂殘余鎂量較高，一般比合格輪轂高約0.002%～0.005%。

圖4　輪轂縮松照片

分析認為，球墨鑄鐵經過兩個階段形成鑄態組織。首先是凝固階段，這個過程包括：液相中析出球狀石墨、在液相線溫度開始析出初生相、進行共晶轉變、晶間碳化物析出，過程結束出現凝固組織[1]。當鐵液含碳量過高，球化后將會析出初析石墨球此時鑄件仍為液態，且鐵液碳量越高，初析石墨球越多越大，這部分石墨對鑄件減少縮孔、縮松不起任何作用，反而降低了在固態相變時產生石墨化膨脹的碳的含量，若初析石墨球多且大，將影響材質力學性能。當碳含量過低或碳當量過低，鑄件在凝固時不能產生足夠的石墨化膨脹，即不能有效的減少縮松面積。所以減少球墨鑄鐵件的縮松應根據鑄件縮松部位熱節大小，選取適當的含碳量和碳當量。

球墨鑄鐵因為鐵液含鎂，促使狀態圖上共晶點右移 ，殘余鎂量過高會使鐵液產生過冷，鐵液收縮性增大。鑄件易產生縮松。導致鎂含量不穩定的因素主要有：球化溫度不穩定，當壓力一定時，鎂的飽和溶解量隨反應溫度的降低而增加[1]，當球化溫度反應過低將促使鎂含量增加。此外球化劑裝包緊實程度也影響球化反應時間及鎂的吸收率。

3　改進措施及效果

經分析研究采取了一下改進措施。

1）碳含量控制在3.83%～3.90%之間；

2）出爐溫度控制在1 450± 5℃；

3）球化劑裝包緊實適度，避免過分緊實。

改進后原鐵液碳化控制在3.84%～3.88%，球化后碳含量為3.65%～3.75%，殘余鎂量0.040%～0.045%，該型輪轂探傷合格率由原先的85%提高至99%。

4　結論

1）將碳含量控制在3.83%～3.90%可有效地提高某型輪轂石墨化膨脹效果，進而減少縮松缺陷；

2）將出爐溫度控制在1 450±5 ℃，球化裝包適當緊實可保持穩定的殘余鎂量，

3）殘余鎂量控制在0.040%～0.045%可有效的解決某型輪轂的縮松問題。

參考文獻

[1] 郝石堅，宋緒丁.球墨鑄鐵[M].北京：化學工業出版社，2014.11.

[2] 吳和保,樊自田,龍文元, 等. 輪轂類球鐵件縮孔縮松缺陷的形成機理及防治措施[J]. 中國鑄造裝備與技術, 2003(5).

[3] 王曉妍,李會珍. 球鐵輪轂的生產工藝[J]. 中國鑄造裝備與技術,2007(2).

Type of wind wheel casting shrinkage defects analysed and prevention

WANG MinGang，SUN JianLang，WEI Rong
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co.,Ltd.,Xingping 713105,Shaanxi,China.)

Abstract：Wheel for a certain type of wind power are introduced briefly the causes of the formation of shrinkage defects and prevention measures, through the original molten iron carbon content control in 3.83% ～3.9%, the temperature control in 1 450+5 ℃, nodularizer to pack when appropriate tight, will eventually within the residual amount of magnesium is controlled in the range of 0.040%～0.045% can be effective prevention and control of a certain type of wind power with wheel hub shrinkage defects.

Keywords：wheel hub ；ductile cast iron; shrinkage

作者簡介：王敏剛（1981—），男， 工程師，從事鑄鐵鑄造工藝及熔煉工作.

收稿日期:2015- 09- 09

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 3

中圖分類號：TG255；

文獻標識碼：A；

文章編號:1 006- 9658（2016）01 -0039- 02

稿件編號:1509- 1061