大型挖泥泵叶轮铸造工艺的选择

大型挖泥泵叶轮铸造工艺的选择

p642.01挖掘机叶片，是公司为中国用户使用的荷兰海洋勘探挖掘机相关泵的替代品。该叶轮直径2050mm,出水口宽600mm,叶片5枚、厚55mm,加工后质量3.3t,是我公司历年来生产的最大叶轮。由于其输送介质为河(湖)底泥浆,含有砂砾、碎石等坚硬杂质,所以要求中度耐磨。1cr、mn含量考虑到该叶轮的耐磨性、强度要求及降低成本,选用了我公司前不久研制成功的A23耐磨钢;因叶轮出水口边缘存在径向50mm的减薄区域,易激冷形成裂纹,故适当调低了Cr、Mn含量。成分w为:0.4%～0.5%C;0.75%～1.05%Si;0.40%～1.60%Mn;1.35%～1.60%Cr;0.40%～0.60%Mo;<0.04%P;<0.04%S;0.075%V;0.075%Ti。2树脂砂组芯造型工艺考虑到叶轮体积大,模型耗材多,操作不便,交货期短等不利因素和叶片扭曲程度不大的有利因素,采用了木制模型、树脂砂组芯造型工艺。具体工艺如下:2.1基本工艺参数线收缩率高度方向1%,其余方向2%;加工余量上孔下侧均为10mm;芯头间隙1mm。2.2木材的形状和方法沿出水口中心线分型,后盖板位于上箱;手工树脂砂造型;流道芯按叶片数量均分为5个小芯,内缩1个圆台定位芯头,型内组芯。2.3后盖板及无冒口的混凝土浇筑阶梯式浇注系统,直浇口2个(《90mm流钢砖通过陶瓷直管外接《270mm漏斗浇口杯),间隔180°,开到分型面,钢液沿流道芯上芯头行进,经横浇道(65/75mm×80mm)和9个上层内浇道(50/60mm×12mm)(横浇道和上层内浇道在模样上做出)进入后盖板,部分钢液沿10个与横浇道竖直相通的侧浇道(《60mm陶瓷直管)经下层内浇道(宽40mm×高15mm的鸭嘴弯头)进入前盖板;前盖板正对叶片均布5个《220mm×600mm的保温明冒口(每个冒口由2个保温冒口套接成),补缩叶片及上盖板;轴头处增加补贴,放1个《480mm×400mm的明冒口,补缩厚大的轴头。2.4系列巩固措施进水口法兰盘处放一圈冷铁;轴芯放覆砂冷铁;上下盖板各覆8mm厚铬矿砂。2.5流道芯头支护叶轮出水口减薄区域通过增大随形加工余量达到与盖板等厚;轴头与前盖板相交处既是热节又是壁厚突变处,放冷铁一圈;为防止披缝裂纹,流道芯上下芯头分别比出水口流道高出5mm。铸造工艺,见图1。3生产过程的主要控制3.1造型流钢砖与陶瓷管的衔接;流钢砖下方放耐火砖(避免冲砂和化学粘砂)。3.2芯生产陶瓷管与鸭嘴弯头的衔接及均匀分布;制流道芯第一部分时注意芯盒内放上定位。3.3流痕的磨磨第1天,刷水基涂料2遍,自然晾开,将流痕打磨光滑;第2天,重复第1天工作;第3天,入窑烘干(200℃,1.5h)之后,刷一遍醇基快干涂料。3.4冷却、冷却因叶轮的总浇注质量在5.5t左右,故采用熔化率为1.5t的电弧炉与3t的工频炉同时熔炼。将电弧炉出钢口和出渣口堵住,提高熔液面,出4.8～5t钢液,注入5t漏包;工频炉控制好Cr、P、S,出1.5t钢液,注入2t摇包。脱氧用FeSiAl合金,加入量0.1%。3.5稀土硅铁合金法1620～1640℃出炉,工频炉先出,电弧炉隔2min后出,用0.4%1#稀土硅铁合金冲入法处理;浇注温度1530℃,漏包打开后,摇包同时浇注,整个浇注过程控制在2min以内;浇满后,冒口处放入2kg发热剂后盖稻草灰保温。3.6打开盒子48h后开箱。3.7砂浆机仅去掉浇口,保留冒口。3.8防火柴胡带着冒口退火,加热至845～885℃,保温10h,炉冷至280℃,出炉空冷。硬度:HRC30。3.9去吧，里面用碳弧气刨法切割冒口,保留15mm残根。3.10一般加工叶轮出水口减薄区域加工量留18mm。3.11装炉时立柱下垫平淬火前先对钻孔、螺纹部位做防止过氧化处理,同时,为防盖板变形,装炉时盖板下面垫平。淬火:860℃×2h,风冷。回火:230℃×2h,空冷。试块同炉淬火和回火。3.12记录成分、浇注、熔炼、热处理、金相分析、性能检验、调度日志。4结果4.1测试块淬火回火后金相组织:回火马氏体+回火贝氏体+二次碳化物。力学性能:硬度HRC>45,冲击功5J/cm2,抗拉强度700MPa。4.2铸造件落砂和清理冒口后,未发现明显的砂眼、裂纹、缩孔等缺陷;热处理和加工过程中,未出现裂纹;加工较顺利。5工艺评估5.1模型制作成本按我公司生产惯例,本叶轮的流道芯应设计成整芯,芯盒结构为底座+外圈下+外圈上+所有叶片,为了保证强度和起芯方便,叶片要做成铝的,并视扭曲程度断为2～3截。如此一来,不仅延误生产进度,而且模型制作成本也相当惊人(5枚叶片需铝坯700kg,成本1万多元)。改用组芯造型工艺后,整芯均匀分为5个小芯,芯盒体积变为原来的1/5,而且无需制作叶片(叶片形状由2个小芯之间的空腔形成),大大缩短了模型制作周期,降低了生产成本,简化了现场操作,保证了交货日期。5.2工频炉注浆本例所采用的熔炼方法不同于双联,它只是两种不同的炉具同时熔炼同一铸件所需的钢液,但正因如此,所以操作上具有相当的难度,配料、成分调整、出炉温度、浇注顺序等环节都要认真控制。因为工频炉脱S、P能力差、炉温低,因此炉料要纯,钢液出炉要早于电弧炉,并因其氧化烧损少,采用了摇包浇注。在设备能力有限的情况下,采用此种措施不失为1种可行的方法。5.3加硅材质的选择A23耐磨钢属中碳低合金铬钼硅锰钢,铬是强烈的碳化物形成元素,锰溶于并强化铁素体,铬和锰都能提高淬透性,加钼是为了降低回火脆性并提高淬透性,加硅是为了回火过程中延迟马氏体的分解,因而,该材质有着较优异的性能,成本也较低。但缺点是,其结晶组织容易粗大,热裂和冷裂倾向较严重,并有一定的回火脆性,故铸造中采用了分散浇冒系统、低温快浇、推迟打箱时间、热割冒口等措施,热处理时采用了缓慢升温和回火后快冷的方式。事实证明生产中所采取的措施是较妥当的。6其他大型铸件制造(1)组芯造型节省模型制作时间和成本,制芯下芯方便,降低劳