vědomosti

V posledních letech Čína s neustálým rozvojem a využíváním nových zdrojů energie energií energicky rozvíjí odvětví výroby větrné energie a poptávka po odlitcích pro větrné elektrárny rok od roku roste. Provozní podmínky velkoobjemových odlitků pro větrné elektrárny jsou často náročné. Ve srovnání s konvenčními odlitky jsou požadavky na výkonnost materiálů vyšší, zejména požadavky na rázovou houževnatost za nízkých teplot. Při výrobě tvárné litiny EN-GJS-400-18U-LT (ekvivalent národní normy QT400-18AL) musí být rázová houževnatost materiálu při -20 °C vyšší než 12 J/cm2. Aby byla zajištěna kvalita odlitků pro větrné elektrárny a splnění požadavků na rázovou houževnatost za nízkých teplot v odlitém stavu, je nutné, aby feritová matrice a efekt sféroidizace odlitků splňovaly normové požadavky. Tato práce vychází z indukčního tavení ve středofrekvenční peci, kombinuje proces samovytvrzování furanové pryskyřice do pískové formy a vyrábí odlitky pro větrnou energii o hmotnosti 7500 kg a maximální tloušťce stěny 150 mm. Analyzuje organizační kontrolní opatření ve výrobním procesu odlitků s velkým průřezem a diskutuje o tom, jak dosáhnout dávkové výroby tvárné litiny s feritovou matricí prostřednictvím rozumného výběru chemického složení a efektivního řízení procesu sféroidizace a očkování.

 

I. Požadavky na výkon

 

Evropská norma EN-GJS-400-18U-LT. ​​​​​​​

 

Požadavky na metalografickou strukturu

Morfologie grafitu	Velikost grafitu	Obsah feritů	Obsah cementitu	Míra sféroidizace
1 nebo 2 ≥ 90	4-8 stupeň	≥290%	≤1%	≥ 90%

 

Požadavky na mechanické vlastnosti

Pevnost v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Prodloužení%	Tvrdost HB	Rázová houževnatost J/cm² (-20℃)
≥ 370	≥ 220	≥ 12	130 - 180	≥ 12

 

II. Zkušební podmínky

 

(1) Hlavní vybavení: 10t středofrekvenční indukční pec, termický analyzátor, spektrometr, metalografický mikroskop typu 4XB, zkušební stroj WE.300/600, zkušební stroj pro rázovou zkoušku typu JBDS-300Y, tvrdoměr HB-3000B.

 

(2) Výběr surovin: Výběr surovin přímo ovlivňuje řízení složení, a proto hraje klíčovou roli ve výkonu odlitků. Pro surové železo se volí surové železo Q10 s nízkým obsahem síry a fosforu, pro ocelový šrot se volí vysoce kvalitní uhlíková ocel s nízkým obsahem uhlíku a jako nauhličovač se používají grafitové elektrody. Tímto způsobem lze dobře regulovat obsah síry a fosforu v roztaveném železe, což zajišťuje proces grafitizace a mechanické vlastnosti.

 

(3) Výběr sféroidizačního činidla a očkovadla: Vzhledem k jevům, jako je regrese sféroidizace, flotace grafitu a jeho kolísání, které se často vyskytují u velkých odlitků, se volí sféroidizační činidlo na bázi yttria z těžkých kovů vzácných zemin s antiregresními vlastnostmi o velikosti částic 5 až 30 mm. Očkovací činidlo využívá ferosiliciové očkovací činidlo s nízkým obsahem bóru, silné antiregresní schopnosti a vysokou účinnost.

 

III. Proces tavení a odlévání

 

3.1 Tání

 

(1) Přípravy před tavením

Pánve a sféroidizační pánve by měly být vysušené a tavicí nástroje a zkušební přístroje by měly být kompletní a v dobrém stavu.

 

(2) Proces tavení

Materiály vážte a přidávejte přesně podle dávkovacího listu. Pořadí přidávání materiálů je: uhlíková přísada, surové železo, vratné železo a ocelový šrot.

 

Poměr surového železa, ocelového šrotu a vratného materiálu je 5:3:2. Teplota tavení by měla být nad 1500 °C, ale ne vyšší než 1520 °C. Příliš vysoká teplota nevede k nukleaci a bude mít za následek hrubé zrno. Po sejmutí strusky změřte teplotu a poté pomocí termického analyzátoru detekujte uhlík a křemík. Uhlíkový ekvivalent by měl splňovat princip vysokého obsahu uhlíku a nízkého obsahu křemíku. Aby se zabránilo vykvétání grafitu, uhlíkový ekvivalent by neměl být příliš vysoký. Uhlík by měl být regulován na 3.6 % - 3.8 % a křemík na 2.0 % - 2.2 %. Pro detekci složení dalších prvků použijte spektrometr. Mangan by měl být regulován na 0.18 % - 0.20 %. Síra je vážným rušivým prvkem pro sféroidizaci a může snadno tvořit vměstky při tvorbě sulfidů, proto by síra měla být regulována pod 0.022 %. Nadměrný fosfor snižuje houževnatost, proto by měl být regulován pod 0.03 %. Upravte složení na základě výsledků testu. Jakmile splňuje požadavky, setřete strusku a nalijte roztavený kov.

 

(3) Proces sféroidizace

Nadměrné množství zbytkového hořčíku může snadno vést k bílé litině, takže množství hořčíku by mělo být dostatečné pouze k zajištění nejlepšího účinku sféroidizace. Optimální obsah zbytkového hořčíku byl stanoven experimentálně a přidávané množství sféroidizačního činidla by mělo být regulováno na 1.4 % - 1.6 % hmotnosti roztavené litiny. Sféroidizační pánev by měla být předem předehřátá na 500 - 600 °C. Poté se sféroidizační činidlo zahrabe na jednu stranu hráze a pokryje se 0.2 % očkovací látky. Aby se zabránilo předčasné sféroidizační reakci, umístí se na očkovací látku železné piliny a plechy z křemíkové oceli a nakonec se umístí a zhutní krycí deska z tvárné litiny. Pokud je teplota roztavené litiny příliš vysoká, zvýší se ztráta a odpařování hořčíku během tavení. Pokud je teplota roztavené litiny příliš nízká, sféroidizační činidlo se nemůže roztavit a být absorbováno roztavenou litinou. Roztavená litina by měla být při odlévání udržována na teplotě 1450–1460 °C a pro očkování by mělo být přidáno 0.5–0.6 % očkovadla. Aby se zabránilo předčasné a nedostatečné sféroidizaci, měla by být roztavená litina při odlévání rychle nalita do boku sféroidizační pánve bez sféroidizačního činidla. Aby se zabránilo nadměrné redukci hořčíku v důsledku prodloužené doby zdržení, mělo by se odlévání provést ihned po dokončení sféroidizační reakce.

 

3.2 Lití roztaveného železa

Po dokončení sféroidizační reakce se struska odstraní a nanese se krycí činidlo pro udržení teploty. Poté začíná proces lití. Aby se zabránilo ztrátě inokulačního účinku, přidává se během procesu lití inokulační činidlo pro inokulaci v proudu v množství 0.2 % objemu roztavené litiny. Vyšší teplota lití zajišťuje dobrou tekutost roztavené litiny, což je prospěšné pro dávkování a snižuje vměstky strusky, což vede k lepší kvalitě vzhledu odlitků. Pokud je však teplota příliš vysoká, zvyšuje se smrštění kapaliny, což je náchylné ke smršťování a pórovitosti. Proto se teplota lití reguluje na 1350 až 1370 °C.

 

IV. Modelovací techniky

 

Používá se proces formování do písku z furanové pryskyřice. Charakteristickými znaky furanového pryskyřičného písku jsou vysoký okamžitý vývoj plynu, dobrá zhroucení při vysokých teplotách a náchylnost k poréznosti, vměstkování strusky a vadám způsobeným vymýváním písku. Plocha průřezu vtokového systému by měla být o něco větší než u procesu s jílovitým pískem a vnitřní vtokové otvory by měly být rozděleny. Odlévání se provádí systémem spodního lití. Pro zlepšení schopnosti blokovat strusku je do vtokového systému umístěno filtrační síto. Aby se zabránilo vymývání písku, používá se jako vtokový kanál keramická trubice a pod vtokový kanál je umístěna keramická filtrační deska. Aby se zabránilo smršťovacím dutinám a poréznosti, umístí se do silnějších částí (spodní povrch) kokily. Samotný pryskyřičný písek má vysokou pevnost a dobrou tuhost a odlitek je méně náchylný k smršťovacím dutinám. Proto se volí vyšší teplota lití. Teplota lití pro velké a tlusté litinové díly by neměla být nižší než 1320 ℃.

 

V. Analýza experimentálního obsahu a výsledků

 

Tři referenční zkušební bloky byly rovnoměrně rozloženy na dělicí ploše. Po odlití byly odříznuty. Zkouška rázem byla provedena v souladu s normou GB/T229-2007 Charpyho metoda rázové zkoušky s V-vrubem a vzorky pro rázovou zkoušku s V-vrubem byly vyříznuty ze středu referenčních zkušebních bloků na rázovém zkušebním stroji JBDS-300Y. Zkouška tahem byla provedena v souladu s normou GB/T228.1-2010 Kovové materiály - Zkoušení tahem - Část 1: Zkušební metoda při pokojové teplotě na tahovém zkušebním stroji WE.300/600. Zkouška tvrdosti byla měřena Brinellovim tvrdoměrem HB-3000B. Vzorky byly vyříznuty z různých zkušebních bloků pro analýzu mikrostruktury a složení. Mikrostruktura byla pozorována metalografickým mikroskopem 4XB a chemické složení bylo stanoveno v souladu s normami řady X normy GB/T229 Ocel a slitiny - Metody chemické analýzy. Podle normy ASTM247 byla míra sféroidizace vyšší než 90 %, stupeň sféroidizace byl stupeň I, velikost grafitu byla přibližně stupeň 6, obsah feritu byl vyšší než 90 % a obsah cementitu byl menší než 1 %.

 

Z výsledků testů je patrné, že kontrolou surovin, rozumným výběrem přidaného množství sferoidizačního činidla a očkovadla a použitím vícenásobných očkovacích látek, jak obsah feritu, tak grafitové kuličky plně splňují normy.

 

Mechanické vlastnosti vzorků jsou uvedeny v následující tabulce.

Číslo vzorku	Pevnost v tahu MPa	Mez kluzu MPa	Prodloužení%	Tvrdost HB	Rázová houževnatost J/cm² (-20 °C)
Standard	≥370	≥220	≥12	130-180	≥12
1	385	250	24.5	138	14.67
2	380	245	25.5	136	14.33
3	380	255	23.5	139	13.88

 

Klíčem k vysoké houževnatosti tvárné litiny za nízkých teplot spočívá teplota přechodu z tvárné litiny do křehkého stavu a struktura matrice tvárné litiny má na teplotu přechodu z tvárné litiny do křehkého stavu významný vliv. Tvárná litina se 100% feritovou matricí má nejnižší teplotu přechodu z tvárné litiny do křehkého stavu a nejlepší horní mez rázové energie. S rostoucím podílem perlitu se obě tyto vlastnosti zhoršují. Kromě struktury matrice má na rázovou odolnost významný vliv také rychlost sféroidizace a počet grafitových kuliček v tvárné litině. Zvýšení rychlosti sféroidizace a počtu grafitových kuliček v tvárné litině může výrazně zlepšit rázovou odolnost. Pokud tedy obsah feritu a účinek sféroidizace odlitků splňují normy během výrobního procesu, mohou splňovat požadavky i nízkoteplotní rázové odolnosti odlitků v odlitém stavu.

 

VI. Závěr

 

Použití středofrekvenčních indukčních pecí k výrobě tvárné litiny EN-GJS-400-18U-LT má výhody, jako je nízké vypalování legujících prvků, málo nečistot, nízký obsah kyslíku, rovnoměrné a přesné chemické složení, vysoká teplota roztavené litiny a snadná regulace teploty. Na tomto základě, pokud jsou dobře kontrolovány následující klíčové technické prvky, může být dávková výroba prováděna hladce.

 

Chemické složení: C 3.6–3.8 %, Si 2.0–2.2 %, Mn 0.18–0.2 %, S ≤ 0.02 %, P ≤ 0.03 %, zbytkové kovy vzácných zemin 0.02–0.03 %, zbytkový hořčík 0.04–0.06 %. Pro zachování čistoty roztaveného železa je dodržována přísná kontrola vsázky.

Sferoidizační ošetření se provádí konvenční metodou vstřikování do hráze a teplota sferoidizačního ošetření je dobře kontrolována.

Aby se zabránilo poklesu inokulace, používá se dvojitá inokulace. První inokulace se provádí během odpichu železa a v pánvi a druhá inokulace se provádí v proudu.

 

Tým Vigor má více než 20 let zkušeností s výrobou odlitků z nerezové oceli a robustní dodavatelský řetězec pro různé úpravy. Pokud vám s něčím můžeme pomoci nebo chcete vyvinout jakékoli díly, kontaktujte nás prosím na adrese info@castings-forging.om