增材制造Co-Cr-W合金修复QT400-18球墨铸铁发动机机体的抗穴蚀性能研究

为提高球墨铸铁发动机机体的表面性能,解决使用过程中空泡溃灭产生的穴蚀问题,分别采用激光熔覆和氩弧焊在QT400-18球墨铸铁表面进行Co-Cr-W钴基合金层的增材修复,并对熔覆层和堆焊层试样的组织、硬度、室温拉伸性能、抗穴蚀性能进行分析。结果表明:修复层主要为细小的、交错生长的柱状晶和树枝晶,激光熔覆层的组织比氩弧焊层组织更细密,硬度更高;这两种修复层试样的抗拉强度和基体接近,但塑性下降;经8 h穴蚀后,QT400-18基体损伤严重,激光熔覆试样和氩弧焊试样的表面较光滑,其抗穴蚀性能明显提高,激光熔覆试样和氩弧焊试样的失重相比球墨铸铁基体分别降低95.32%、93.58%。

QT400-18L风电球墨铸铁件铸造工艺改进

针对QT400-18L风电球墨铸铁件,进行铸造工艺改进。在铸件底部、铸件内圈以及铸件外圈部位均匀放置外冷铁,增加铸型的激冷能力,减小金属液凝固区域,加快金属液结晶、凝固冷却速度。设计专用浇口杯结构,减少铁液与空气的接触面,有效防止气体和熔渣卷入型腔,减轻液流对树脂砂型腔的冲击。控制砂型(芯)的硬度,减小石墨自膨胀。烘烤砂型,型腔水分,降低形成气孔的倾向。优化熔炼过程,获得更多石墨球的致密组织。通过上述工艺措施,有效预防了风电QT400-18L球墨铸铁件缩孔、疏松缺陷,提高了球墨铸铁件的成品率,降低了成本,成功完成了4.2MW前、后压盖等圆环类厚壁铸件的生产任务。

风电涡轮机用QT400-18AL球墨铸铁的研制

通过理论分析并结合实际生产经验,确定了QT400-18AL的化学成分。采用低稀土硅铁镁合金球化剂冲入法球化处理;采用钡硅铁孕育剂,通过炉前孕育和瞬时孕育相结合的方式进行孕育处理。结果表明,获得了可适用于-40℃的低温型QT400-18AL,其力学性能和金相组织均满足技术要求。

高韧性球墨铸铁QT400-18AL的生产

论述了高韧性球墨铸铁QT 4 0 0 - 18AL的生产,用此工艺生产的球墨铸铁抗拉强度大于4 0 0MPa ,伸长率大于18% ,- 2 0℃冲击韧度大于12J/cm2 。

QT400-18AL低温球墨铸铁力学性能的优化试验研究

为了使QT400-18AL(-40℃)低温球墨铸铁达到更优的力学性能,采用退火、正火+回火、淬火+回火的热处理方法进行试验。结果表明,当采用860~880℃正火+640~660℃回火的工艺热处理,能在保证低温球铁伸长率和低温冲击性能的前提下提高其抗拉强度,使其屈强比达到较好匹配,从而优化其力学性能。本研究对低温球墨铸铁力学性能的研究和应用有一定的参考价值。

风电机组用QT400-18AL焊条电弧焊堆焊修复研究

风电机组中多处使用球墨铸铁QT400-18AL,包括偏航制动盘、发电机高速制动盘、偏航减速器底座等。经过一段时间运行,以上部件容易出现裂纹等失效形式,需要进行塔上在线修复。采用铸铁焊材LRF-01对QT400-18AL进行焊接试验,并测量其机械性能。试验结果表明:相对于Z308等传统焊材,采用LRF-01焊接QT400-18AL时,有效降低了裂纹、气孔等缺陷出现的概率,焊后机械性能满足风电机组的要求,证明LRF-01焊材可用于风电机组的部件修复。

缩松对铁素体球墨铸铁QT400-18L力学性能和断裂机理的影响

制作了不同程度缩松缺陷的QT400-18L球墨铸铁试样,研究了缩松对铁素体球墨铸铁力学性能和断裂机理的影响。结果表明:QT400-18L的抗拉强度R_(m)随缩松孔面积率r_(p)的增加呈线性下降,可表示为R_(m)=358-352r_(p)(MPa);QT400-18L的断后伸长率随着缩松的出现而急剧下降,且缩松分布越集中,断后伸长率越小;QT400-18L的疲劳寿命随缩松的增加而急剧下降,在σ_(max)=150MPa、r=0的轴向循环载荷作用下,其疲劳寿命N与缩松孔面积率r_(p)可表示为N=5.79×10^(3)r_(p)^(-1.4),缩松孔面积率r_(p)和缩松孔尺寸越大,疲劳寿命越短。缩松对QT400-18L的断裂机理影响不大,不规则石墨颗粒和缩松的锐角都有可能成为裂纹源,所以球墨铸铁疲劳源众多,疲劳断口形貌复杂。

QT400-18AL(-50℃)低温冲击材料研究及应用

通过合理选用控制球墨铸铁原材料,严格控制熔炼过程铁液的化学成分,采用合理的熔炼过程控制方法,实施合理的球化处理及孕育工艺,使QT400-18AL材料牌号球墨铸铁热处理后,在(-50±2)℃试验环境下3个标准夏比试块低温冲击吸收能量平均值≥12J,单个标准夏比试块低温冲击吸收能量试验值≥9J,满足客户对严寒地区材料的使用要求。

Si和热处理对-40℃低温球铁QT400-18L组织与性能的影响

研究了Si和热处理对QT400-18L力学性能和冲击功的影响。结果表明：随着Si含量的增加,铸态QT400-18L抗拉强度、屈服强度和布氏硬度提高,冲击功和伸长率降低,但是铸态达不到-40℃冲击功的技术要求。通过热处理,抗拉强度、屈服强度和布氏硬度降低,冲击功和伸长率有大幅提高,分别达到了14.3J和21.4%,从而达到了技术要求。最终确定Si的最优加入量为2.05%~2.15%。

含镍QT400-18L低温断裂方式的分析

示波冲击试验可以记录试样在断裂过程中载荷与冲击吸收功的完整信息,反映试样在承受冲击过程时载荷与时间的变化规律.使用示波冲击试验机测试了含镍QT400-18L试样低温环境下的冲击韧性,记录不同含镍量的球铁试样-40℃低温下的裂纹形成功与裂纹扩展功以及冲击载荷与时间的波形图.研究结果表明,不同含镍量QT400-18L试样发生不同形式的断裂,其中,镍的质量分数为0.70%的试样发生弹性变形的过程最长,弹性变形所需能量的消耗最大,断裂方式为韧性、脆性的混合型断裂,因此其低温冲击韧性最大,αkv可达到20.87 J/cm2.

大批量稳定生产QT400-18铸态球铁工艺研究

介绍大批量生产大型拖车用球墨铸铁连接器的生产条件、铸造工艺、熔炼工艺。通过恰当选择化学成分、原材料,并 采用适当的球化处理工艺,强化孕育,使铸件的铸态力学性能稳定达到QT400-18的要求。

镍对QT400-18L低温冲击韧度的影响

铁路机车用曲轴箱体采用QT400-18L制造，出于安全考虑，对零件的低温性能提出了更高的要求。试验在QT400-18L中加入1．0％～1．8％的镍进行合金化并采用两阶段退火工艺进行热处理。分别测试试样在-20、-40、-60℃条件下的冲击韧度。结果表明，镍加入量从1．0％增加到1．8％，低温冲击韧度随镍加入量的增加而降低，微观组织由铁素体＋部分珠光体＋石墨球＋极少量碳化物组成。因此，Ni加入量必须〈1．0％。

铸态QT400-18和QT800-2铸件的生产

采用自硬树脂砂铸型和普通生铁生产铸态QT400-18铸件,而采用同样铸造工艺,通过Cu-Sb微合金化生产铸态QT800-2曲轴。

球墨铸铁QT400-18A焊接工艺研究

针对QT400-18A铁素体型球墨铸铁焊接过程中的白口、淬硬组织及焊接裂纹等问题,制定了严格的焊接工艺。选择镍基铸铁焊条Z408为研究对象,分析总结焊接工艺要点,成功获得理想的焊接接头,为球墨铸铁镍基冷焊提供理论支撑。

400-18LT球墨铸铁的韧脆转变温度检测方法研究

研究了-130~0℃下400-18LT低温球墨铸铁低温冲击性能,计算出QT400-18AL冲击功随温度变化曲线,随冲击温度的降低,冲击功逐渐降低,在-74.3℃达到韧脆转变温度点。用ZESS-18扫描显微镜观察了不同冲击温度下断口形貌,根据冲击断口测量晶状区断面率,根据晶状区断面率随温度变化曲线拟合出韧脆转变温度为-72.4℃。两者的测试结果是吻合的。

QT400-18L球墨铸铁的低温冲击断裂行为

在室温和低温下对QT400-18L球墨铸铁件进行Charpy冲击试验,采用金相显微镜、扫描电镜对冲击断口形貌进行分析,利用透射电镜对断口附近位错密度进行观察分析,探讨了球墨铸铁低温冲击断裂的机制。结果表明:温度对冲击韧性影响较大,随试验温度的降低,冲击吸收的能量显著减小。观察发现,低温冲击断口表现出两种不同的解理断裂刻面:"连续型"和"不连续型"河流形貌。球墨铸铁中裂纹优先在石墨与铁素体基体界面形成,其次在碳化物与基体界面形成。在低温冲击载荷作用下,活动位错源数量少,发生解理断裂。

多尺度陶瓷颗粒影响沿海风电球铁铸件的腐蚀性能研究

探讨了多尺度陶瓷颗粒(Multi-scale ceramic particles--MSCP)的添加对QT400-18L铸件耐湿腐蚀的影响。通过观察、测试试样在不同湿度下的表面形貌、腐蚀产物及腐蚀速率发现:大部分腐蚀产物聚集在石墨周围且呈双“圆环”状;腐蚀速率变化曲线上存在一个趋势拐点,该拐点对应一个湿度值。低于该湿度,是否添加MSCP对试样的腐蚀速率无大的影响;超过该湿度,添加MSCP的试样腐蚀速率降低。多尺度陶瓷颗粒(MSCP)能有效提高球墨铸铁的耐大气腐蚀性能,主要是因为增加了组织中铁素体数量、使石墨细化和球化等级提高。

电脉冲对铸态高韧性球墨铸铁凝固组织及性能的影响

对铸态高韧性球墨铸铁QT400-18的凝固过程进行电脉冲处理,电脉冲参数为电压2 600 V,频率0.88 Hz,电容200μF,处理时间15min。通过对比试验可知:电脉冲处理可使铸铁的过冷度相比未处理的升高12K,改善了石墨形核和生长的动力学条件,从而使球状石墨的粒径减小,石墨球数量增加。铸铁经过电脉冲处理,球化率由未处理的平均80%提高到平均91%,石墨球数由平均172/mm^2提高到209/mm^2,石墨不易变态生长,圆整度得到改善。同时,球墨铸铁的凝固组织得到了改善,铁素体数量增加,达到83%,相比未电脉冲处理的试样提高了26.6%,铁素体晶粒小于未处理试样,基体中分布的珠光体数量和片层间距减少,在抗拉强度符合要求的条件下,伸长率提高了4.89%,-233K的冲击功Akv提高了3.56J。