風電用厚斷面鐵素體基球墨鑄鐵的組織控制與性能研究.pdf

1、大斷面鐵索體球墨鑄鐵由于厚大部位冷卻速度慢，凝固時間長，常出現(xiàn)石墨球數(shù)量少、球化不良、珠光體數(shù)量偏高等不良組織，嚴重影響球鐵鑄件的拉伸性能和低溫韌性，限制了大型風電用球鐵的發(fā)展。
　　本研究主要針對低溫高韌性球鐵鑄件，采用不同模數(shù)的大型實驗鑄件，通過探究二次孕育工藝、球化工藝、預(yù)處理工藝和Sb含量對實驗鑄件的組織性能影響，在保證足夠的強度下，顯著的提高了鑄件的塑性和低溫韌性。大斷面球墨鑄鐵厚大部位存在組織性能不均勻性，實驗鑄件凝固

2、時間最長的幾何中心處組織和拉伸性能較好，低溫韌性較差;中心面上存在一圈靠近邊緣的環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域的石墨球數(shù)量最少、尺寸最大，珠光體數(shù)量最多，拉伸性能和低溫韌性最差，將其命名為“薄弱區(qū)”，應(yīng)將該位置與中心位置的組織性能協(xié)同作為衡量工藝優(yōu)劣的判據(jù)。二次孕育劑的孕育效果和抗衰退能力都會顯著影響鑄件的組織和性能，而微量添加元素對其孕育效果和抗衰退能力影響很大。Bi元素作為添加元素會顯著改善孕育劑的孕育效果，但含Bi孕育劑的抗衰退能力較差，且0.

3、002％的Bi就會導(dǎo)致模數(shù)為5cm的鑄件薄弱區(qū)出現(xiàn)碎塊狀石墨;含微量S/O的二次孕育劑的抗衰退能力優(yōu)異，采用0.2wt％的該孕育劑孕育的鑄件中心處石墨球密集且圓整度高，薄弱區(qū)除個別粗大石墨球外，形態(tài)較好。輕稀土球化劑的稀土含量和Ce/La配比對鑄件的組織性能影響很大，RE％=0.5％的純鑭系球化劑的球化效果較差，鑄件厚大部位的石墨球數(shù)量少、形態(tài)差，鑄件的低溫韌性較差;稀土總量不變，Ce/La=2的鈰鑭混合球化劑的球化效果有所改善，但鑄件

4、薄弱區(qū)的珠光體量超標，鑄件的塑性和低溫韌性很差;將稀土總量提高到1％后，球化劑的球化效果顯著改善，鑄件厚大斷面上石墨最多，珠光體數(shù)量最少，鑄件的綜合力學(xué)性能最好。預(yù)處理工藝可以顯著改善大斷面鐵素體球墨鑄鐵件的組織性能。在原料熔化前采用0.2wt％的新型預(yù)處理劑對鐵液進行預(yù)處理，與未預(yù)處理的鑄件相比，360mm×360mm×360mm鑄件薄弱區(qū)的石墨球數(shù)量提高了14％，珠光體量由5.8％降低到1.6％，延伸率從9.4％提高到12％，-20

5、℃沖擊值由7.4J提高到10.2J，-40℃沖擊也提高了26％。微量元素Sb在抑制碎塊狀石墨的同時可以改善石墨球形態(tài)，提高鑄件的綜合力學(xué)性能，但Sb過量會導(dǎo)致鑄件薄弱區(qū)珠光體量超標，影響其塑韌性。Sb的合適加入量與鑄件的模數(shù)息息相關(guān)，當鑄件模數(shù)小于或等于4cm時，50ppm的Sb加入量獲得的綜合力學(xué)性能最佳;而當鑄件模數(shù)在4cm以上時，100ppm的Sb加入量獲得的拉伸性能和低溫沖擊韌性更加優(yōu)異。改進工藝后，對于240mm×240mm×

6、240mm鑄件，中心處的拉伸強度為378.6MPa，延伸率達到了21.7％，-30℃、-40℃的低溫沖擊值分別為13.07J和9.4J;薄弱區(qū)的拉伸強度為369.8MPa，延伸率達到了16.3％，-30℃、-40℃的低溫沖擊值分別為11.1J和8.0J;對予360mm×360mm×360mm鑄件，中心處的拉伸強度為376.1MPa，延伸率達到了20.2％，-30℃、-40℃的低溫沖擊值分別為12.89J和9.09J;薄弱區(qū)的拉伸強度為3