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工艺因素对风电用球铁铸件石墨形态和力学性能的影响

王世良  
【摘要】:球墨铸铁铸件具有性能和价格优势,在机床、核电、水电、风电等行业具有广泛应用前景。球墨铸铁铸件是国家重大技术装备的重要基础零部件,在国民经济中起着十分重要的作用,是衡量国家工业综合实力的重要标志,但生产风电用球铁铸件时,易出现球化率低、石墨粗大、石墨畸变等组织缺陷,导致铸件力学性能不稳定,从而影响产品质量。本文从公司生产实际出发,采用电炉熔炼工艺生产风电用球铁铸件,同时制备单铸和本体试块,借助光谱、光学金相显微镜、电子扫描显微镜(SEM)、低温冲击试验仪以及微机控制电子万能试验机等手段,研究了孕育处理、合金化、球化后包内保温时间、铁液炉内静置时间、冷却速度等工艺因素对风电用球铁铸件石墨形态和力学性能的影响,研究结果对制定风电用球铁铸件生产方案控制其组织性能具有重要指导意义。基于金相组织、力学性能、低温冲击性能、球化等级、石墨大小及圆整度,研究了合金元素锑(Sb)、炉内高温静置时间、包内保温时间、冷铁、铸件壁厚等工艺因素对风电用球铁石墨形态的影响规律。发现球化时加入0.002%~0.01%锑合金,基体组织晶粒细小、石墨球数量多,直径小,圆整度较好、球化等级提高;炉内高温静置时间增加,石墨形核核心减少,球化率降低,石墨球数量减少;延长球化处理后铁液在包内保温时间,球状石墨衰退,石墨球数量减少,最后完全呈片状形式;冷铁可改善风电用球铁铸件的冷却条件,利于获得规则的石墨球,提高球化等级和细化组织,同时避免石墨畸变和石墨漂浮现象。在上述工艺因素对风电用球铁石墨形态影响规律的基础上,修正并完善试验条件,研究了球化孕育处理对风电用球铁铸件金相组织和力学性能的影响规律。基于拉伸断口特征、石墨结晶核心的分析,发现随流孕育处理时,球化孕育衰退现象减慢,本体试块球化率为2级,石墨球大小基本稳定在7级水平,伸长率、抗拉强度和低温冲击性能等力学性能均提高;孕育剂C成分中含有均衡的钙含量和铈含量,能够中和阻止石墨球形成的有害微量元素;含有少量的硫和氧,在加入铁水过程中与钙和铈进行反应形成特殊成分,这些特殊成分在球墨铸铁中形成非常好的石墨结晶核心,核心质点稳定,残留时间较长,具有较强的抗球化孕育衰退的能力,球化率高,石墨球的大小较稳定,从而得到高密度的石墨球分布。孕育剂D作瞬时孕育剂,成分中Y元素的平均含量较高,加入铁水中氧化成氧化钇,石墨以Y203为形核的核心生长,其在铁水中的残留时间较长,能起到有效的核心,具有一定的抗石墨衰退的能力,球化率高,获得较好的石墨球分布。但在铁液凝固后期,抗石墨衰退能力和形核能力不及孕育剂C,不能获得高密度石墨球分布,对铁素体基质没有影响,不能细化基质晶粒和促使球墨铸铁中形成更多的铁素体。


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