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。

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。

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.

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％。

QT400-18L铸件的缩松缺陷对其力学性能的影响

通过静拉伸试验、低温冲击试验、布氏硬度试验和组织形貌分析,研究了QT400-18L球墨铸铁的缩松缺陷对其力学性能的影响。结果表明:缩松使材料的强度和塑性大幅度降低,断裂形式主要为韧性断裂;冲击断裂形式为大量解理和少量韧窝构成的混合断裂:布氏硬度值比标准硬度值至少降低9%;缩松对石墨形态、分布和材料的显微组织无明显影响。

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。