提高風(fēng)電輪轂鑄造機(jī)械性能的研究

楊 棟 尹黨育

陜西柴油機(jī)重工有限公司 陜西 咸陽 713105

概述

該輪轂鑄件材料要求是高韌性球墨鑄鐵件,毛重10t左右,壁厚100 mm-200mm,機(jī)械性能要求高,必須滿足兩種材料牌號:QT350-22AL的低溫沖擊及QT400-18AL的抗拉強(qiáng)度,且這兩者為相互矛盾的關(guān)系。其次鑄件壁厚較厚,厚大部位冷卻速度緩慢,對既要保證低溫沖擊,又要保證抗拉強(qiáng)度的機(jī)械性能提出了更高的技術(shù)難題。

1 輪轂鑄件技術(shù)文件機(jī)械性能要求見表1

表1 輪轂技術(shù)文件要求的機(jī)械性能

結(jié)合表1、表2、表3的要求可以看出,該輪轂鑄件的機(jī)械性能要求,均超出球墨鑄鐵件GB/T1348-2009中的要求,這給我們實(shí)際生產(chǎn)操作過程中帶來了不小的難度。

2 首批次鑄件熔煉工藝

2.1 按照鑄件技術(shù)要求并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn),熔煉生產(chǎn)工藝如下:原鐵水化學(xué)成分:C:3.75%-3.85%,Si:0.85%-0.95%,Mn:0.16-0.24%,P≤0.03%,S≤0.024%,Ti≤0.04%,Cr、Cu、Ni、Mo均不大于0.04%。

2.2 球化孕育:采用沖入法進(jìn)行球化,球化劑加入量1.31%；采用覆蓋、隨流沖入二次孕育,孕育劑加入量0.72%。

2.3 原材料配比:生鐵65%,回爐料25%,廢鋼10%。

2.4 熔煉設(shè)備:采用10t中頻感應(yīng)和5t電爐進(jìn)行同時熔煉。

3 首批次試制結(jié)果分析

在首批次試制生產(chǎn)階段,抗拉強(qiáng)度及-40℃低溫沖擊不符合技術(shù)要求。對-40℃低溫沖擊不符合要求的鑄件進(jìn)行石墨化退火后,經(jīng)過試驗(yàn),-40℃低溫沖擊數(shù)據(jù)滿足技術(shù)要求。但多增加了一道熱處理生產(chǎn)工序,降低了生產(chǎn)效率、增加了生產(chǎn)成本。因此,必須保證在鑄態(tài)生產(chǎn)條件下獲得機(jī)械性能合格的鑄件。通過表2各項(xiàng)機(jī)械性能數(shù)據(jù),并對主要影響因素進(jìn)行分析,總結(jié)出各項(xiàng)參數(shù)的最佳控制范圍。

3.1 Si元素分析 Si元素對低溫沖擊、抗拉強(qiáng)度都有很大影響。提高其加入量,使抗拉強(qiáng)度變高,但會降低-40℃低溫沖擊值；降低其加入量,使-40℃低溫沖擊值提高,但會降低抗拉強(qiáng)度。根據(jù)檢測實(shí)際數(shù)據(jù)得出,終Si含量≥2.0%時,-40℃沖擊值低于10J；終Si含量＜1.95%時,抗拉強(qiáng)度低于370MPa。為此合適的終Si含量應(yīng)控制在1.95%-2.0%之間。

3.2 Mn元素分析 根據(jù)檢測實(shí)際數(shù)據(jù)得出,Mn元素從0.14%提高至0.24%,抗拉強(qiáng)度未見增加,-40℃低溫沖擊值卻明顯降低,因此Mn元素對-40℃低溫沖擊數(shù)據(jù)有很大影響,降低Mn元素加入量明顯會提高低溫沖擊。

3.3 基體組織分析 根據(jù)檢測實(shí)際數(shù)據(jù)得出,隨著基體珠光體P 含量增加,抗拉強(qiáng)度也會增加、低溫沖擊值下降。當(dāng)珠光體P含量＞5%時,低溫沖擊值迅速降低。因此,珠光體P含量必須控制在5%以下。

4 熔煉工藝優(yōu)化

4.1 Si元素最佳范圍 因?yàn)镾i元素對抗拉強(qiáng)度、低溫沖擊都有很大影響,終Si元素最佳含量應(yīng)控制在1.95%-2.0%之間,波動范圍越小越好,所以原鐵水Si元素最佳含量應(yīng)控制在0.75%-0.85%之間,同時配合孕育加入量的變化。

4.2 Mn元素分析 結(jié)合以上內(nèi)容分析得出,Mn元素對低溫沖擊是具有破壞性影響,因此將其含量由0.14%-0.24%降至0.1%-0.15%。

4.3 增加瞬時孕育 在準(zhǔn)備澆注前,將0.2%粒度為0.2-0.7mm 的孕育劑放入澆口杯中,增強(qiáng)孕育效果,促進(jìn)石墨化,減少珠光體P含量。

4.4 原材料 由于原材料中有許多不利于低溫沖擊的微量元素,所以在生產(chǎn)中要選用雜質(zhì)含量少的原材料進(jìn)行使用,來保證鐵液純凈度。為了使機(jī)械性能達(dá)到技術(shù)要求,應(yīng)使用低Si、低Mn高純生鐵,回爐料使用同牌號回爐料,加入的廢鋼也用高級優(yōu)質(zhì)碳鋼。

5 優(yōu)化熔煉工藝效果驗(yàn)證

按照優(yōu)化后的熔煉工藝小批量投產(chǎn)了10件,機(jī)械性能在鑄態(tài)下完全滿足技術(shù)要求。最后又連續(xù)批產(chǎn)輪轂100 件,鑄態(tài)機(jī)械性能合格率達(dá)到94%。

6 結(jié)論

通過對熔煉生產(chǎn)工藝分析和優(yōu)化,風(fēng)電輪轂鑄造機(jī)械性能得到全面改善,各項(xiàng)機(jī)械性能都符合圖紙要求。