冷鐵對(duì)QT500-14 試塊理化性能的影響

趙偉龍，毛成榮

（1.寧波日星鑄業(yè)有限公司，浙江 寧波 315702；2.日月重工股份有限公司，浙江 寧波 315113）

0 引言

風(fēng)電鑄件的材質(zhì)常采用球墨鑄鐵，但由于大斷面球墨鑄鐵由于厚大部位冷卻速度慢，出現(xiàn)石墨球化不良、珠光體數(shù)量偏高等不良組織[1-3]，通常通過(guò)增加冷鐵的方式解決此類問(wèn)題，而選擇冷鐵的種類基本都是根據(jù)以前的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。早在2020年，東風(fēng)精密鑄造有限公司對(duì)熔模鑄造中選用的鑄鐵冷鐵、不銹鋼冷鐵、石墨冷鐵和復(fù)合涂層冷鐵的使用工藝做了詳細(xì)說(shuō)明[4]，但風(fēng)電鑄件通常采用樹(shù)脂砂造型，由于原材料價(jià)格等原因一般采用鑄鐵冷鐵和石墨冷鐵（少用鑄鋼冷鐵）。本文把冷鐵類型作為唯一變量，研究QT500 材質(zhì)試塊不同冷鐵工藝與理化性能的關(guān)系。

1 試驗(yàn)材料與方法

本試驗(yàn)的研究主體為250 mm×250 mm×250 mm 試塊[5]，生產(chǎn)工藝為一箱兩件。對(duì)比試驗(yàn)組為無(wú)冷鐵工藝，試驗(yàn)組1 為石墨冷鐵工藝，試驗(yàn)組2 為鑄鐵冷鐵工藝。試驗(yàn)組1 與試驗(yàn)組2 僅冷鐵種類不同，數(shù)量同為22 塊，大小同為長(zhǎng)方體100 mm×100 mm×80 mm，（100 mm×100 mm 為工作面），擺放位置如圖1 所示。試驗(yàn)對(duì)象采用一箱兩件（每種方案制作2 個(gè)試驗(yàn)試塊），通過(guò)取平均值的方式消除誤差對(duì)試驗(yàn)的影響，同時(shí)澆注系統(tǒng)內(nèi)包含鐵水過(guò)濾裝置（陶瓷蜂窩過(guò)濾器），避免渣對(duì)性能產(chǎn)生不良影響而導(dǎo)致試驗(yàn)失真。出鐵溫度設(shè)置為1470 ℃，爆鎂時(shí)間50 s，起吊溫度設(shè)置為1400 ℃，球化后靜止時(shí)間設(shè)置為（300±30）s，澆注溫度均在（1350±5）℃，澆注時(shí)間均控制在（29±2）s 之間。鑄件化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 鑄件化學(xué)成分表w/%

圖1 冷鐵工藝圖示

試塊經(jīng)開(kāi)箱、清理、拋丸后按照?qǐng)D2 試塊切割方案進(jìn)行切割，切割要求：250 mm×250 mm×250 mm 試塊找到上箱中心線，畫出中心線兩側(cè)30 mm 線，標(biāo)記為A-1 #、A-2 #兩層，每層找到中心線，中心線右側(cè)畫30 mm 抗拉線，緊接著畫15 mm 沖擊線；左側(cè)畫30 mm 抗拉線，接著是15 mm 沖擊線，上箱去掉30 mm,下箱去掉40 mm；試棒從左側(cè)到右側(cè)依次是抗拉A-1-1 #；沖擊A-1-2 #；抗拉A-1-3 #，沖擊A-1-4 #；其他層依次類推。附鑄試塊120 mm×250 mm×100 mm的尺寸，保留中間30 mm×180 mm×100 mm 的部分，居中切割2 根抗拉和2 根沖擊試樣，編號(hào)抗拉A1 #（上）、沖擊A2 #（上）、抗拉A3 #、沖擊A4#；其他部分切割扔掉；無(wú)冷鐵250 試塊1 #，總計(jì)抗拉試棒6 根，沖擊試棒6 根。得到試驗(yàn)所需試塊，后對(duì)其理化性能進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 試塊切割方案

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

通過(guò)對(duì)以上試塊檢測(cè)得到以下數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)為兩組平行試塊的平均值），其中使用A 代表無(wú)冷鐵對(duì)照組、B 代表石墨冷鐵試驗(yàn)組、C 代表鑄鐵冷鐵試驗(yàn)組。

通過(guò)對(duì)表2 進(jìn)行分析，得知以下信息：

（1）附鑄試塊編號(hào)為X1（X 代表A、B、C）與編號(hào)為X3 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度近乎一致。

（2）本體試塊編號(hào)為X-1（2）-1 的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度大于等于編號(hào)為X-1（2）-3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）本體試塊編號(hào)為X-1-1（3）與編號(hào)為X-2-1（3）抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度近乎一致。

（4）附鑄試塊編號(hào)為C1、C3 的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、硬度均高于A1、A3，近似于B1、B3。

（5）附鑄試塊編號(hào)為C-1（2）-1（3）的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和硬度高于B-1（2）-1（3）。

通過(guò)對(duì)表3 進(jìn)行分析，得知以下信息：

表3 理化性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表-低溫沖擊

（1）附鑄試塊編號(hào)為C2、C4 的沖擊功大于B2、B4 大于A2、A4。

（2）本體試塊編號(hào)為X-1（2）-2（X 代表A、B、C）的低溫沖擊功大于編號(hào)為X-1（2）-4 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）本體試塊編號(hào)為C-1（2）-2（4）的低溫沖擊功高于B-1（2）-2（4）高于A-1（2）-2（4）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)表4 進(jìn)行分析，得知以下信息：

表4 理化性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表-金相

（1）附鑄試塊編號(hào)為X1 的金相與X3 相似（X代表A、B、C），AY、BY、CY 的金相結(jié)果相似（Y 代表1、3），如圖3、4、5 所示。

圖3 附鑄試塊A1 金相圖

圖4 附鑄試塊B1 金相圖

圖5 附鑄試塊C1 金相圖

（2）本體試塊編號(hào)為X-1（2）-1 的金相與X-1（2）-3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（X 代表A、B、C）相似。

（3）本體試塊編號(hào)為C 的金相整體優(yōu)于B，B整體優(yōu)于A。

通過(guò)分析，附鑄試塊與冷鐵的最小距離僅有40 mm，附鑄試塊受到冷鐵的影響，導(dǎo)致試塊石墨球等級(jí)高。石墨冷鐵的影響力最大，其次是鑄鐵冷鐵，最后是無(wú)冷鐵（作為內(nèi)冷鐵時(shí)，即冷鐵與試塊件間有型砂）。

以圖2 試塊切割方案為例：試樣A-1-1 位于250 試塊上方，距上表面30 mm，而A-1-3 距下表面95 mm，接近芯部熱結(jié)區(qū)域。試樣A-1-1 冷卻速度優(yōu)于A-1-3，導(dǎo)致晶粒大小方面試樣A-1-1小于A-1-3，性能優(yōu)，石墨球優(yōu)，見(jiàn)圖6、7；而A-1-X 與A-2-X 距250 試塊左右兩側(cè)表面距離均為95 mm，熱結(jié)區(qū)域相似，故晶粒大小相近，性能相當(dāng)。

圖6 A-1-3 金相圖（腐蝕）

圖7 A-1-1 金相圖（腐蝕）

通過(guò)對(duì)比我司生產(chǎn)的國(guó)外3.X 型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座腳板面本體套料數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)此200 厚度腳板面相關(guān)數(shù)據(jù)與250 無(wú)冷鐵試塊（對(duì)照組）數(shù)據(jù)非常相近。即可用250 無(wú)冷鐵試塊數(shù)據(jù)精準(zhǔn)反應(yīng)210 厚度風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座腳板處的本體套料數(shù)據(jù)。為今后產(chǎn)品性能試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

（1）在QT500 高硅材質(zhì)試塊中，冷鐵對(duì)試塊具有明顯的激冷作用。250 試塊本體受冷鐵影響，試塊相關(guān)性能如下：鑄鐵冷鐵＞石墨冷鐵＞無(wú)冷鐵。

（2）試塊硬度未因冷鐵的使用發(fā)生明顯變化。

（3）附鑄試塊鑄鐵冷鐵和石墨冷鐵的影響相近（作為內(nèi)冷鐵使用時(shí)）。