加載中...
分析選擇了彎頭磨損面內(nèi)層和外層復(fù)合材料化學(xué)成分，先固(內(nèi)層)后液(外層)的消失模鑄造方式；采用控制內(nèi)層鑄件厚度和消除鑄造應(yīng)力退火等措施。較合理的模型組箱、澆注和鑄件熱處理使研制的固液雙金屬耐磨復(fù)合球形彎頭復(fù)合層牢固，表面光滑無(wú)裂紋缺陷，磨損面硬度為58—61 HRC，有效地提高耐磨性。經(jīng)電廠(chǎng)使用，其壽命是單一金屬材質(zhì)的2倍以上，綜合使用性能較佳，深受用戶(hù)認(rèn)可。
火電廠(chǎng)輸送煤粉的彎頭是管道系統(tǒng)最易磨損部件，彎頭內(nèi)壁受煤粉(粒)沖刷、磨損和腐蝕作用，形成凹坑，甚至穿洞。近年來(lái)，代替焊接的鑄鋼球形彎頭在電廠(chǎng)等行業(yè)得到應(yīng)用，為用戶(hù)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但單一金屬材料彎頭難以同時(shí)適應(yīng)高耐磨性和可焊接性的要求。基于消失模雙金屬?gòu)?fù)合鑄造技術(shù)，研制了高鉻鑄鐵／合金鋼固液雙金屬?gòu)?fù)合球形彎頭。將合金鋼的韌性、可焊接性和高鉻鑄鐵的高硬度、高耐磨性結(jié)合在一起。解決硬度與韌性的矛盾，使球形彎頭綜合使用性能得到了有效提升。
1 試驗(yàn)方法、彎頭尺寸與磨損部位1．1 試驗(yàn)方法熔煉設(shè)備為中頻感應(yīng)爐，人工電阻絲切割聚苯乙烯泡沫彎頭模型，采用水基石英粉耐火涂料和遠(yuǎn)紅外電阻烘干爐烘干模型，壁式真空砂箱，二維振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)型砂。SK-20水環(huán)式真空泵及真空系統(tǒng)，臺(tái)車(chē)式電阻熱處理爐進(jìn)行鑄件熱處理，利用HR-150 A洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度。
1．2 彎頭尺寸與磨損部位球形彎頭尺寸如圖1。彎頭和管道系統(tǒng)的兩邊直管連接。實(shí)際使用顯現(xiàn)出彎頭進(jìn)口對(duì)面A處部位磨損嚴(yán)重，其它部位相對(duì)較輕。
圖1 球形彎頭示意圖
圖2 復(fù)合球形彎頭鑄造工藝示意圖
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析2．1 鑄造方式的選擇根據(jù)彎頭使用磨損狀況，確定彎頭內(nèi)層(A處范圍)材質(zhì)為高鉻鑄鐵，外層材質(zhì)為低合金鋼，如圖2。其鑄造方式分為兩種：第一種先鑄造內(nèi)層材料(固態(tài))，后澆注外層鋼液。該工藝內(nèi)層高鉻鑄鐵因?qū)嵝圆钍芨邷劁撘鹤饔茫赡馨l(fā)生裂紋。與此同時(shí)，鋼液固態(tài)收縮時(shí)受阻也會(huì)出現(xiàn)裂紋。另一方式先鑄造外層材料(固態(tài))，后澆注內(nèi)層鐵液。該方法的鐵液固態(tài)收縮時(shí)與球體外層之間產(chǎn)生縫隙。在管道系統(tǒng)風(fēng)速作用下，煤粉進(jìn)入縫隙會(huì)形成沖刷通道，加速球體磨損，出現(xiàn)早期失效。
經(jīng)分析并結(jié)合生成經(jīng)驗(yàn)，選擇第一種方式作為復(fù)合鑄造工藝，并采取控制高鉻鑄鐵截面厚度13-15mm，同時(shí)鑄造該件時(shí)冷卻至800℃ 左右放入熱處理爐，利用鑄件余熱進(jìn)行改善組織和除應(yīng)力的退火處理。另外，彎頭內(nèi)層其它部位的材質(zhì)與外層材質(zhì)同為一種，壁厚大于外層厚度，液態(tài)凝固相對(duì)后者較晚且緩慢。同時(shí)，該部位型腔充填干砂，使金屬固態(tài)收縮阻力相對(duì)A處的阻力要小。綜合因素利于降低產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
采用上述措施，實(shí)驗(yàn)澆注的彎頭鑄件內(nèi)外表面未發(fā)生裂紋缺陷。
2．2 彎頭材質(zhì)成分選擇及熔煉操作(1)彎頭內(nèi)層材質(zhì)及其熔煉操作彎頭內(nèi)層受煤粉沖刷磨損嚴(yán)重，其材質(zhì)選用高鉻鑄鐵。鉻和碳是高鉻鑄鐵中的重要元素。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l2％一28％ 。且Cr／C>5時(shí)，可獲得大部分M7C 型碳化物[2]。M7C型碳化物呈六角形桿狀及板條狀分布在基體中．對(duì)其破壞作用減小，韌性?xún)?yōu)于M，C型網(wǎng)狀碳化物。根據(jù)內(nèi)層厚度，試驗(yàn)選定各元素含量 (％)為：2．10~2．30 C、12．00-12．50 Cr、0．80～1．00 Mn、0．30N0．50Si、<0．05 S、≤ 0．10 P。
熔煉所用的材料：低硫、磷廢鋼，高碳鉻鐵，中碳錳鐵，石墨增碳劑和硅鐵。各種材料潔凈、無(wú)銹、干燥及無(wú)油污等。爐料熔清后，先加入錳鐵，后加入硅鐵脫氧處理。視爐前分析結(jié)果，調(diào)整碳、鉻化學(xué)成分。出鐵溫度為1 480-1 500℃ 。
(2)彎頭外層材質(zhì)及其熔煉操作彎頭外層材料既要具有可焊接性，還要有一定的耐磨性。在合金鋼中．碳是提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性元素，錳作為合金元素，可獲得珠光體組織，硅脫氧作用強(qiáng)。這些元素對(duì)焊接性能影響敏感。根據(jù)文獻(xiàn)f3]的碳當(dāng)量范圍，試驗(yàn)選定各元素含量W(％)為：0．32～0．36 C、1．40～ 1．60Mn、0．20~0．40Si、≤0．04S、P。熔煉所用優(yōu)質(zhì)廢鋼、低碳錳鐵和硅鐵均應(yīng)干燥、潔凈。爐料熔清取樣作爐前分析，進(jìn)行沉淀脫氧，視分析結(jié)果調(diào)整化學(xué)成分。待鋼液溫度升至l 630～l 650 oC，插鋁終脫氧處理(加入量0．08％)。
2．3 彎頭消失模鑄造工藝及鑄件熱處理(利用鑄件余熱)鑄造彎頭要防止鑄型塌箱、鑄件冷隔和裂紋發(fā)生。鑄造工藝除按常規(guī)消失模工藝要求操作外，重點(diǎn)對(duì)澆注系統(tǒng)、模型組箱和澆注等工藝設(shè)計(jì)及采取相應(yīng)防止措施。
(1)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)彎頭雙金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)和參照文獻(xiàn)介紹，內(nèi)層鑄件澆注系統(tǒng)確定為：內(nèi)澆道截面尺寸為40 mmxl2 mm，共4個(gè)，橫澆道和直澆道截面尺寸均為40 mmx40 ITlm。外層鑄件內(nèi)澆道截面尺寸為40 mmx30 mm，共4個(gè)．橫澆道和直澆道截面尺寸均為40 mmx40 ham(2)內(nèi)層模型組箱、澆注和鑄件除應(yīng)力熱處理內(nèi)層模型涂料層厚度2 nun左右．烘烤干燥后裝入真空砂箱。為防止變形，在模型上口設(shè)叫一形拉筋(截面尺寸為30 mmx30 mm)。高鉻鑄鐵澆注溫度為1 400～1 420℃ ，澆注后砂箱內(nèi)緩冷40 min出箱吊入熱處理爐。鑄件加熱溫度800℃，保溫1 h．然后爐冷至400℃ 出爐空冷(3)外層模型組箱、澆注和鑄件硬化熱處理外層模型與內(nèi)層鑄件(表面氧化皮清除干凈1粘接復(fù)合，縫隙用紙質(zhì)和白乳膠封嚴(yán)。模型涂刷涂料層厚度2 mm以上，烘烤干燥后裝入砂箱。為防止鑄型塌箱和鑄件漲箱，模型內(nèi)腔填充自硬樹(shù)脂砂(與鋼液接觸處)和干燥型砂。鋼液澆注溫度為1580～1590℃ ，澆注后砂箱內(nèi)冷卻1 h出箱吊入熱處理爐。鑄件加熱溫度940℃，保溫50 min出爐空冷。鑄件回火加熱溫度400℃，保溫2h后出爐空冷。
2.4鑄件清理與檢驗(yàn)清除鑄件澆注系統(tǒng)和氧化皮二經(jīng)檢驗(yàn)，鑄件表面光滑，無(wú)裂紋等缺陷。雙金屬內(nèi)、外層結(jié)合為機(jī)械結(jié)合，但無(wú)明顯縫隙。其原閃是外層鋼液固態(tài)收縮時(shí)將內(nèi)層材料較緊地包圍在一起對(duì)兩種材質(zhì)的直澆道（已熱處理）表面進(jìn)行硬度測(cè)試，高鉻鑄鐵硬度為58-61 HRC，低合金鋼硬度為210-236 HBS（高于系統(tǒng)中直管的硬度）。
2.5彎頭鑄件生產(chǎn)及應(yīng)用研制生產(chǎn)彎頭鑄件19件，成品率為100%。經(jīng)測(cè)算，研制的彎頭生產(chǎn)成本比鑄鋼彎頭高10%左右。經(jīng)內(nèi)蒙大唐某電廠(chǎng)使用考核，安裝維修方便，使用壽命是鑄鋼彎頭的2倍以上，綜合使用效果得到用戶(hù)認(rèn)可。
3 結(jié)論(1)采用控制彎頭內(nèi)層鑄件厚度(13～15 mm)并進(jìn)行改善組織與除應(yīng)力處理，芯型材料為樹(shù)脂砂和干砂等措施，研制的球形彎頭鑄件內(nèi)外表面未發(fā)生裂紋缺陷。
(2)采用先固（內(nèi)層鑄件）后液（外層鋼液）的鑄造方式，其結(jié)合面為機(jī)械結(jié)合。由于彎頭結(jié)構(gòu)為球體形，使用中內(nèi)層鑄件不會(huì)發(fā)生位移、脫落現(xiàn)象。
(3)基于消失模鑄造型（芯）砂為十砂，鑄件出箱后不會(huì)粘砂的特點(diǎn)，利用鑄造彎頭鑄件的余熱進(jìn)行熱處理，可降低產(chǎn)品制造成本。
(4)雙金屬?gòu)?fù)合彎頭耐磨層硬度為58-61 HRC，外層硬度為210-236 HBS，明顯高于單一材料彎頭的硬度。經(jīng)使用，其壽命是后者的2倍以上，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)大，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。