大型高铬铸铁叶轮铸造成形研究.PDF

No4
《大型铸锻件
July 2009
HEAVY CASTING AND FORGING
大型高铬铸铁叶轮铸造成形研究
郭代营梁向方2尹怡民范建伟张建宝
1.石家庄强大渣浆泵有限责任公司,河北050035
2.中国第二重型机械集团公司铸造厂有限责任公司,四川618013)
摘要:研究设计了目前国内最大高铬铸铁叶轮的铸造成形工艺,并运用铸造CAE进行了数值模拟验证。
按此工艺铸造出无裂纹、表面光洁、硬度达标、质量合格的叶轮,并成功应用于“新海狮”挖泥船
关键词:挖泥船;叶轮;铸造;高铬铸铁
中图分类号:TC242文献标识码:B
tudy on the Foun
roce
Large-scale High-chromium Cast Iro
on Impeller
Guo Daiying, Liang Xianfang, Yin Yimin, Fan Jianwei, Zhang Jianbao
Abstact: The foundry process of the largest high-chromium cast iron impeller in homeland was designed, which
as been proved by means of the foundry CAE numerical simulation. The produced impellers meets the quality de-
mands, such as no crack, surface smoothness and high hardness, and it has been successfully used in the dredge, Ne
Sea lit
Key words: dredge; impeller; numerical simulation; high-chromium cast iron
“新海狮”挖泥船的挖泥泵叶轮直径达2520的作用特点和生产实际情况,将其按不高于1.0%
a。由于铸件大,壁厚悬殊,又是高铬铸铁材质,控制。
易发生开裂,因此成形难度极大。本文通过优化
Mn能扩大奥氏体相区,是稳定奥氏体元素;
材质成分、科学设计铸造工艺、提高叶轮内在质但是Mn剧烈降低Ms点温度,会使高铬铸铁淬火
量,有效控制了叶轮开裂,铸造出合格铸件。
后存在较多的残余奥氏体,不利于抗磨性。根据
材料成分选择
Mn的作用特点和生产实际情况,将其按0.5%
1.2%控制。
大型高铬铸铁叶轮结构特殊,且材质脆性大,
Ni不溶于碳化物,全部进人基体,提高淬透
铸造成形难度极大。因此,确定材料成分时必须性。但是Ni也降低Ms点温度,不利于抗磨性。
遵循在铸件使用性能和铸造成形工艺性能间取得综合考虑,将i按0.5%~1.2%控制。
最佳平衡点的原则。
P、S在高铬铸铁中是有害元素,尤其是形成
C、Cr元素在高铬铸铁成分选择中最为关键。夹杂对材质形成割裂,对铸件的开裂倾向影响很
是这两种元素决定了高铬铸铁中碳化物的数量大,应严格控制。综合生产条件考虑,控制P≤
和类型,从而决定了材质的抗磨性能;二是这两种0.04%,S≤0.04%。
元素的含量比例(铬碳比)与材质的淬透性和冲
综上所述,按表1所示控制叶轮铸件的化学
击韧性密切相关。考虑到用户对该叶轮的硬度要成分。
求和最大限度的控制叶轮开裂倾向,C选择为
表1叶轮铸件的控制成分(质量分数,%
2.4%~3.0%,Cr选择为24%~29%。
Table 1 The control chemical composition
of impeller castings(mass fractlon, %
i是促石墨化元素,同时还降低高铬铸铁的
C
Si
Mn
淬透性,在白口铸铁中应严格控制其含量。但是
4-3.?≤1.0p.5~1.?≤0.04≤0.04{24~29.5~1,4
i有脱氧作用,还能改善碳化物的形态。根据Si
收稿日期:2009-04-10
2铸造工艺设计
作者简介:郭代营(1974-),男,铸造工程师,主要从事抗磨白口
铸铁铸件研究工作。
叶轮铸件的三维实体造型示意图如图1所
梁向方(1974-),男,工程硬土,主要从事铸造工艺、数
刀
值模拟研究。
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HEAVY CASTING AND FORGING
July 2009
2.1铸造工艺设计
采用树脂砂造型。考虑到叶轮轮毂部位比较
厚大,为有利补缩,采用轮毂朝上的浇注位置,在
轮毂和盖板部位设置冒口。浇注系统采用陶瓷管
和漏斗砖,上下两层浇注。叶轮铸造工艺简略如
图2所示。
2.1.1浇注系统设计
采用漏包浇注。根据浇注重量,包孔直径确
图1叶轮三维实体造型示意图
Figure 1 The three-dimensional solid
定为70mm,选择F包れ:F重:F横:F内=1:1.8
modeling sketch of impeller
1.8:2,则F包れ=3846mm2,F直=F=6923
mmn2,F内=7692mm2
安
←口
Φ600
图2叶轮铸造工艺简图
Figure 2 The foundry process sketch of impeller
2.1.2冒口设计
表2叶轮铸造CAE计算参数
采用顺序凝固原则,在叶片和盖板交接的附
Table 2 The calculation parameters
for impeller foundry CAE
近以及轮毂的顶部设置冒口。按照比例法确定盖
削剖分阿格大小
板上设置260mm保温冒口4个,高度400mm;
分剖分网格数
52265
参线接触网格数
轮毂顶部设置腰圆形冒口两个,腰圆冒口根部面
数剖分是否有效
有效
积占轮毂端面面积的1/2,高度400mm
密度/(g/cm3
7.45
导热系数/(cal/cm.s.℃
0,04
3铸造CAE数值模拟验证
计「件「热容(leg"℃)
算
初始温度/℃
1400
按照设计好的铸造工艺参数进行三维实体造
过
型,并将工艺的三维实体输入铸造CAE系统进行
餐「「导热系数/(am℃)
0.002
0.26
数值计算模拟。叶轮铸造CAE计算参数见表2。
物型热容/(cals它
理
初始温度/℃
计算过程略,最终缩孔缩松显示如图3所示。
参
从图3中可见,缩孔可能存在的部位主要分
数「空「导热系数(oacm,s.℃)
0.000006
气「热容/(clg℃)
0.24
布在厚大轮毂的中心、叶片和盖板交接的中心,但
初始温度/℃
从比例大小来看并不影响实际铸件质量,可以认
树脂砂造型过程中控制一切增加开裂倾向因
为工艺方案是可行的。
素,如调节树脂加入量1.8%~2.2%,固化剂加
4叶轮铸造生产
入量0.6