燃?xì)廨啓C球鐵件表面層的研究和改進(jìn)

陳洪濤

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川750021）

燃?xì)廨啓C球鐵件表面層的研究和改進(jìn)

陳洪濤

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川750021）

樹脂砂造型工藝球墨鑄鐵件表面存在一個片狀石墨或蠕蟲狀石墨表面層，其厚度在0.1mm～3mm[1]；分析燃?xì)廨啓C球墨鑄鐵件表面層的金相也發(fā)現(xiàn)了類似的情況，通過使用低硫固化劑，降低了燃?xì)廨啓C表面層的厚度，較好地解決了表面層的問題。

燃?xì)廨啓C鑄件；球墨鑄鐵；表面層；樹脂砂

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展對能源的需求日益增長，燃?xì)廨啓C已經(jīng)成為當(dāng)今世界最主要的發(fā)電形式之一，使得燃?xì)廨啓C擁有越來越廣闊的發(fā)展市場。但是燃?xì)廨啓C鑄件的制作技術(shù)難度非常大，目前在國際上僅有少數(shù)幾個企業(yè)可以生產(chǎn)，而國內(nèi)的企業(yè)長期處于研發(fā)或小批量生產(chǎn)階段[2]。我公司開發(fā)燃?xì)廨啓C鑄件已經(jīng)有10多年的時間，目前能夠批量生產(chǎn)燃?xì)廨啓C鑄件。用樹脂砂造型材料生產(chǎn)燃?xì)廨啓C球鐵件時鑄件表面層易出現(xiàn)非球狀石墨現(xiàn)象，分析其形成原因并提出了有針對性的措施，更好的滿足了顧客需求。

1 樹脂砂工藝生產(chǎn)球鐵件表面層的研究

表面層是樹脂砂工藝生產(chǎn)的球鐵鑄件表面的一類組織缺陷，目前一般認(rèn)為厚度在0.1mm～3mm，石墨形態(tài)呈現(xiàn)片狀或者蠕蟲狀。國內(nèi)的學(xué)者早在2000年以前就開始研究表面層的問題，如湖北汽車工業(yè)學(xué)院的曾大新、毛高波[3]等人曾經(jīng)做過階梯試塊，采用兩種不同固化劑的樹脂砂，并通過在不同壁厚斷面的位置上截取試樣，分析表面層的厚度，并得到結(jié)論：鑄件壁厚越大，表面層厚度越小，如表1所示。

表1 表面片狀石墨層厚度與鑄件壁厚的關(guān)系

而湖北的戚墅堰機車車輛工藝研究所的王澤華[4]則用試驗的方法專門分析過球墨鑄鐵表面層片狀石墨區(qū)和正常球化區(qū)的硫和鎂的檢測結(jié)果如表2所示，并分析得出：表面層球化元素鎂的衰減和反球化元素硫的增加是造成表面層石墨衰退形成片狀石墨的重要原因，但是還未見有對燃?xì)廨啓C球鐵件表面層的研究和分析。

表2 球墨鑄鐵表面層中Mg、S元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2 燃?xì)廨啓C鑄件表面層的研究

2.1 檢測鑄造現(xiàn)場使用的樹脂砂中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)

采取現(xiàn)場使用的型砂，化驗硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如表3所示。

表3 現(xiàn)場型砂中S含量檢測結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.2 對燃?xì)廨啓C進(jìn)氣缸的筋板取樣檢測

選取如圖1所示的燃?xì)廨啓C進(jìn)氣缸的筋板進(jìn)行取樣。

圖1 進(jìn)氣缸鑄件圖

對燃?xì)廨啓C進(jìn)氣缸筋板進(jìn)行取樣，如圖2所示，按照圖示的方法進(jìn)行解剖，分別按照距離表面1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.5mm的距離設(shè)置點1、2、3、4并測試各處的金相狀況，各點的金相圖如圖3、圖4、圖5和圖6所示。

圖2 燃?xì)廨啓C進(jìn)氣缸筋板圖

通過不同深度點1、2、3、4點各點的金相照片可以清楚的觀察到，在1.0mm處可以清晰的觀察到表面層的存在，石墨呈明顯的片狀及蠕蟲狀，其中分布著少量的團(tuán)塊狀的石墨；在2.0mm處觀察到的結(jié)果與1.0mm處相似，表明該位置也是明顯的表面層；在3.0mm處片狀石墨消失，反之有較多的石墨球出現(xiàn)，盡管部分石墨球形狀不太圓整，但表明該位置已經(jīng)不存在表面層；在4.0mm處石墨球非常圓整，屬于正常的球化區(qū)。通過這4個深度點的測量，表明該筋板表面層的厚度在2.0mm～3.0mm之間。

在金相分析的基礎(chǔ)上，對4個深度點對應(yīng)的表面位置A、B、C、D處的表面層厚度進(jìn)行測量，分別為2.7mm、2.3mm、1.4mm、1.3 mm，符合表1描述的表面片狀石墨層厚度隨鑄件壁厚的增加，表面層厚度有逐漸減少的趨勢。

圖3 深度1點的金相

圖4 深度2點的金相

圖5 深度3點的金相

圖6 深度4點的金相

3 表面層的影響因素研究和改進(jìn)

根據(jù)資料的研究[3]顯示：表面層的產(chǎn)生與樹脂砂的固化劑中的硫有關(guān)，在澆注時，鐵水進(jìn)入型腔，在高溫鐵水的作用下，固化劑中的對甲苯磺酸分解產(chǎn)生出硫化物，與鑄型表面鐵水中的鎂發(fā)生反應(yīng)，從而降低了鐵水中游離鎂的含量，而紊流則會加大對游離鎂的消耗，主要是其中的鎂會與氧、二氧化硅等進(jìn)行反應(yīng)，從而使得石墨發(fā)生畸變形成片狀石墨，其反應(yīng)方程式如（1）、（2）和（3）.

通過運用掃描電鏡對表面層進(jìn)行能譜分析，能清晰的觀察到表面層中含有較高的氧、硫、硅元素，且表面層中含有較多的渣、雜，如圖7所示。

Study and Im provem ent on the Surface Layer of Gas Turbine Ductile Iron Casting

CHEN Hong-tao
（KocelMachinery Limited，Yinchuan Ningxia 750021，China）

The surface of the ductile iron casting produced by resin sand has a 0.1～3mm lamellar or vermicular graphite layer. Gas turbine ductile iron casting has the similar metallographic structure.The surface layer thicknesswas decreased by using the low sulfur-content curing agent to iprove the casting surface quality.

gas turbine casting，ductile iron，surface layer，resin sand

TG255

A

1674-6694（2015）06-0037-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.012

2015-09-14

陳洪濤（1976-），男，遼寧省凌源市人，高級工程師，研究方向：鑄造工藝與技術(shù)。