x型葉片鑄造工藝實(shí)踐

葉片是機(jī)器最重要的零件之一，對(duì)其性能和型線有嚴(yán)格的要求。x片（圖1）是20世紀(jì)90年代末國(guó)外設(shè)計(jì)的新型混合葉片。與傳統(tǒng)的混合曲線葉片（圖2）在型線和性能上存在較大差異，且空間扭曲較大。目前X型葉已在國(guó)內(nèi)得到了普遍應(yīng)用,X型葉片的鑄造難度較大,主要是葉片變形。近年來(lái)我單位接到很多X型葉片的訂單,相對(duì)于常規(guī)形狀葉片而言,針對(duì)X型葉片的鑄造工藝進(jìn)行實(shí)踐的研究十分必要,對(duì)X型葉片的生產(chǎn)有很大的指導(dǎo)意義。圖3為SF葉片的輪廓尺寸,SF為典型的X型葉片,本文以SF葉片的工藝生產(chǎn)實(shí)踐為例,進(jìn)行X型葉片的工藝探討。1技術(shù)要求1.1u3000jb/t13-2002標(biāo)準(zhǔn)SF葉片的化學(xué)成分如表1所示,(執(zhí)行JB/T10384-2002標(biāo)準(zhǔn))。SF葉片的力學(xué)性能如表2所示,(執(zhí)行JB/T10384-2002標(biāo)準(zhǔn))。1.2區(qū)域執(zhí)行情況無(wú)損探傷按照A609標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,UT檢查區(qū)域?yàn)槿?如圖4,其中Ⅰ、Ⅲ區(qū)域按1級(jí)執(zhí)行;區(qū)域Ⅱ檢查要求如下,在100mm×100mm方格內(nèi)連續(xù)檢查,從理論加工表面下30mm或1/3厚度(取最小值)為1級(jí),其余內(nèi)部為4級(jí)。2維實(shí)體細(xì)度正背面各放8mm加工余量,四周18mm加工余量,制作葉片三維實(shí)體,葉片毛重為660kg。造型方式采用平臥造型,垂直澆注方式,這樣有利于冒口的集中補(bǔ)縮,葉片的順序凝固可有效地減少葉片變形、氧化、縮孔和縮松等鑄造缺陷的產(chǎn)生,鑄件內(nèi)部質(zhì)量好。2.1冒口補(bǔ)縮能力驗(yàn)算根據(jù)葉片壁厚及冒口的補(bǔ)縮距離確定冒口數(shù)量為1個(gè),長(zhǎng)為500mm,寬為180mm,高度按照比例為500mm,冒口重量為500kg。利用模數(shù)法驗(yàn)證:式中:f為擴(kuò)大系數(shù)(明冒口f≥1.2),MR為冒口模數(shù),Mc為被補(bǔ)縮部分鑄件模數(shù)。說(shuō)明冒口尺寸比較合適;冒口最大補(bǔ)縮能力驗(yàn)算:式中:GCmax為被冒口補(bǔ)縮的鑄件最大重量,GR為冒口重量,η為冒口補(bǔ)縮效率,ε為金屬液的體收縮率(%)。明冒口η取14%,ZG06Cr13Ni4Mo材質(zhì)ε取5.3,經(jīng)計(jì)算得出GCmax=820kg,葉片毛坯重量GC為660kg,冒口補(bǔ)縮能力足夠,說(shuō)明選擇冒口尺寸合適。2.2底注式澆注系統(tǒng)包孔選取尷50mm,直水口選取尷60mm,橫水口選取50/60×50(mm),內(nèi)水口為六道70/80×20(mm),采用底注式澆注系統(tǒng),如圖5,即從葉片的出水邊(薄邊)進(jìn)水,保證金屬液平穩(wěn)進(jìn)入型腔,開(kāi)放式澆注系統(tǒng)有助于型腔內(nèi)氣體排出;同時(shí)采用緩沖式澆注系統(tǒng),在保證鋼液在鑄型內(nèi)具有一定的上升速度的同時(shí),使鋼液能夠平穩(wěn)上升,防止產(chǎn)生紊流,消除局部過(guò)熱,改善補(bǔ)縮條件。2.3模擬葉片應(yīng)力分析由于葉片鑄件在凝固過(guò)程和熱處理過(guò)程中,其邊角區(qū)域容易發(fā)生翹曲變形行為,特別是X型葉片翹曲變形更為嚴(yán)重,因此我們利用模擬軟件對(duì)葉片進(jìn)行應(yīng)力分析和預(yù)判(圖6)。從圖6可以看出A點(diǎn)為負(fù)量在7mm左右,B點(diǎn)為正量在5mm,C點(diǎn)為負(fù)量在7mm左右,D點(diǎn)為正量在5mm左右,考慮熱處理會(huì)使變形量增大,所以A、C兩點(diǎn)正面增加反變形量12mm,B、D兩點(diǎn)背面增加反變形量10mm,反變形面積根據(jù)模擬所示。3葉片的凝固與凝固對(duì)葉片最終工藝進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬,凝固完畢的模擬結(jié)果顯示如圖7,圖7a為SF葉片整體的溫度場(chǎng)分布,可以看出整個(gè)葉片基本為順序凝固,冒口部位為最后凝固。圖7b為葉片內(nèi)部凝固過(guò)程中的疏松分布,可以看出疏松都集中分布在冒口區(qū)域內(nèi)和澆道部位,鑄件本體內(nèi)無(wú)疏松出現(xiàn),鑄件內(nèi)在質(zhì)量良好,表明此工藝可行。4葉片木模測(cè)量根據(jù)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行木模制作,縮尺采用2%,木模制作完畢后,利用SOLO型光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)葉片的木模進(jìn)行三維測(cè)量,以保證木模尺寸精度。木模型線測(cè)量結(jié)果如圖8,從圖8a、8b結(jié)果看葉片正背面型線合格,個(gè)別尖點(diǎn)余量偏大,但考慮造型等因素,可以接受。5u2004鋼液c含量對(duì)c含量的要求采用電弧爐和AOD氬氧精煉爐雙聯(lián)熔煉法熔煉,為了保證鑄件的耐蝕性和耐磨性,鋼液中的C含量要求控制到0.06%以下,并對(duì)雜質(zhì)含量P、S等也要嚴(yán)格控制,結(jié)果見(jiàn)表3。6清整磨削、熱處理為防止葉片變形,葉片在300℃以下打箱;為了防止鑄件產(chǎn)生裂紋,在鑄件溫度不低于200℃時(shí)趁熱切割冒口。落砂后對(duì)鑄件進(jìn)行清整打磨、熱處理。由于該葉片較小,為減小葉片在熱處理中的變形,熱處理前將3件葉片組焊到一起。裝爐時(shí)葉片的進(jìn)水邊(厚邊)向下擺放,熱處理工藝如圖9所示。裝爐時(shí)鑄件底部不要直接和爐底板接觸,升溫速度不能大于70℃/h,爐內(nèi)各部位溫差不能大于5℃,不能疊壓鑄件,嚴(yán)防人為造成葉片變形。7葉片無(wú)損探傷檢測(cè)(1)葉片型線的三維測(cè)量利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)熱處理后的SF葉片進(jìn)行型線測(cè)量,結(jié)果如圖10,葉片冒口部位余量偏大,其余能夠滿(mǎn)足加工要求。(2)葉片的無(wú)損檢測(cè)葉片無(wú)損探傷按照A609標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,UT檢查各區(qū)域符合標(biāo)準(zhǔn)要求。(3)葉片的性能檢測(cè)對(duì)附鑄試塊的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果也完全符合客戶(hù)要求(見(jiàn)表4),附鑄試塊取自鑄件本體,位于葉片的下環(huán)邊一側(cè),每個(gè)葉片上帶3個(gè)本體試塊,隨同鑄件一起澆注而成,并隨爐熱處理。8鑄造模擬技術(shù)(1)采用本工藝方案鑄造的葉片,葉片的加工余量和內(nèi)部質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,