高合金厚大球鐵拖輪的鑄造工藝研究

朱艷華

（廣東荻賽爾機(jī)械鑄造股份有限公司，廣東梅州 514600）

1 鑄造工藝設(shè)計(jì)

拖輪鑄件用于大型紙漿業(yè)環(huán)保工藝上的石灰窯拖輪組設(shè)備，拖輪作為拖輪軸承座安裝的主體，持續(xù)承載著高強(qiáng)度的壓力和扭力，對(duì)強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗疲勞性能有特殊要求?？蛻粢笸陷啿馁|(zhì)QT700-2，本體抗拉強(qiáng)度≥650 MPa，延伸率≥2%，本體硬度265HBW，超聲波探傷無(wú)明顯缺陷。由于此鑄件截面厚大，最厚位置600 mm，熱節(jié)面積大，鐵水凝固過(guò)程中極易產(chǎn)生縮松缺陷。

鑄件最厚位置直徑1 000 mm，最薄位置也有400 mm，為達(dá)到充分補(bǔ)縮，保證鑄件各部位凝固的均勻性，工藝采用頂冒口、側(cè)澆、周身放置冷鐵、鑄件側(cè)立澆注的方式。鑄造工藝如圖1所示，冷鐵使用專用冷鐵，形狀貼合模具表面放置，使用前拋丸干燥處理。

2 熔煉工藝控制

熔煉工藝重點(diǎn)控制鐵水化學(xué)成分和澆注溫度，鐵水化學(xué)成分見表1.

圖1 鑄造工藝示意圖

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

鐵水澆注溫度適當(dāng)偏低，控制在1 320℃～1 350℃，運(yùn)用堤壩式球化處理包，球化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，頂冒口以鐵水充滿為準(zhǔn)。

3 熱處理工藝

由于鑄件強(qiáng)度和硬度要求高，結(jié)合鑄態(tài)檢查的本體硬度，采用正火加回火的熱處理工藝，正火保溫溫度為910±10℃，保溫4 h，回火保溫溫度為550℃～600℃，保溫6 h，具體熱處理工藝如圖2所示。

圖2 熱處理工藝圖

4 理化檢驗(yàn)結(jié)果

拖輪鑄件理化檢驗(yàn)項(xiàng)目包括化學(xué)成分檢驗(yàn)、表面硬度檢驗(yàn)、本體剖切金相、機(jī)械性能檢驗(yàn)、解剖磁粉探傷檢驗(yàn)，對(duì)利用以上工藝生產(chǎn)的兩件鑄件（1#、2#）進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 化學(xué)成分檢驗(yàn)

化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果見表2，滿足熔煉工藝鐵水化學(xué)成分控制范圍。

表2 化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

4.2 表面硬度檢驗(yàn)

表面硬度檢驗(yàn)位置如圖3，主要在最厚大的位置正面和側(cè)面，冷鐵位置和非冷鐵位置，使用錘擊式的布氏硬度計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖3 鑄件表面硬度檢驗(yàn)位置

表3結(jié)果表明，最高和最低硬度值差14 HBW，各個(gè)位置硬度比較均勻。

表3 表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果

4.3 金相和機(jī)械性能檢驗(yàn)

金相和機(jī)械性能檢驗(yàn)在最厚大位置取樣，如圖4所示，一個(gè)工件上取三個(gè)樣塊，編號(hào)為3#、4#、5#.

圖4 金相和機(jī)械性能檢驗(yàn)取樣位置

金相檢驗(yàn)使用對(duì)比法，參照GB/T9441-2009《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中4.1球化分級(jí)及評(píng)定（4.1.1、4.1.2、4.1.3、4.1.4），用標(biāo)準(zhǔn)中的圖譜進(jìn)行對(duì)比，確定球化級(jí)別（石墨球化率）。石墨形態(tài)和基體組織形態(tài)如圖5所示。

圖5 樣塊金相檢驗(yàn)石墨形態(tài)和基體組織形態(tài)

三塊樣塊檢驗(yàn)球化等級(jí)3級(jí)，石墨大小5級(jí)，機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果見表4.通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，3#樣塊離最大熱節(jié)較遠(yuǎn)，冷卻較4#、5#試塊要快，珠光體含量、硬度、強(qiáng)度都要高一些。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)符合客戶材質(zhì)性能要求。

表4 試樣本體剖切金相、機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果

4.4 試樣內(nèi)部檢驗(yàn)——磁粉探傷檢驗(yàn)

磁粉探傷檢驗(yàn)方法是對(duì)金屬材料常用的缺陷檢驗(yàn)方法，其原理是利用鐵磁性材料被磁化后，由于材料內(nèi)部可能存在的缺陷，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小，直觀地表現(xiàn)出缺陷情況。

在兩個(gè)工件最厚大截面做磁粉探傷試驗(yàn)，如圖6所示，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見缺陷。

圖6 磁粉探傷試驗(yàn)

5 結(jié) 論

通過(guò)合理的鑄造工藝設(shè)計(jì)，充分考慮到鑄件厚大的結(jié)構(gòu)，及熔煉過(guò)程控制和熱處理工藝，保證拖輪產(chǎn)品的高強(qiáng)度、高硬度材質(zhì)要求。拖輪試樣表面硬度平均值為277.5 HB，試樣本體內(nèi)部硬度平均值為266.3 HB.附鑄試塊及本體內(nèi)部金相均為球化3級(jí)（球化率80%以上），本體內(nèi)部抗拉強(qiáng)度平均值為684.7 MPa，屈服強(qiáng)度平均值416.7 MPa，伸長(zhǎng)率平均值為4.26%，檢驗(yàn)結(jié)果符合客戶QT700-2材料要求。試樣剖切后進(jìn)行內(nèi)部磁探檢驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)試樣內(nèi)部存在縮松、縮孔缺陷，達(dá)到客戶拖輪產(chǎn)品的技術(shù)要求。