王敏刚，孙建浪，卫蓉（陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713105）



风电用轮毂铸件缩松缺陷浅析及防治

王敏刚，孙建浪，卫蓉
（陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713105）

摘要：简要介绍了某型风电用轮毂缩松缺陷形成的原因及防治措施，通过将原铁液含碳量控制在3.83%～3.9%，出炉温度控制在1 450±5 ℃，球化剂装包时适当紧实，最终将残余镁量控制在0.040%～0.045%范围内可有效的防治某型风电用轮毂缩松缺陷的出现。

关键词：轮毂；球墨铸铁；缩松

自从2009年投产至今，我公司生产某型风力发电用轮毂铸件约1000件。在生产中发现，该铸件在导流罩与三侧板交界处经常出现超声波检测不合格现象，解剖后发现此部位存在麻点状缩松，有时这种缩松导致的废品率高达15%，为了彻底解决该部位缩松问题，我们进行了一系列技术攻关。

1　铸件结构及工艺简介

1.1铸件结构

如图1所示，该型轮毂由导流罩孔、主轴孔、三个侧孔及其侧孔筋板构成，主轴孔区域壁厚约210 mm，铸件主要壁厚约100 mm，三侧孔厚50 mm。筋板与导流罩交接处热节圆直径为φ128 mm，轮毂缩松区域就在此处。

图1　轮毂铸件结构图

图2　轮毂铸件解剖结构图

1.2工艺简介

该型轮毂采用树脂砂手工造型，底注开放式浇注系统，三侧法兰顶部设置三个侧冒口，导流罩孔端面内部放置1#冷铁，主轴孔端面放置2#冷铁，侧孔筋板与导流罩内壁交接处放置3#冷铁，如图3所示。材质为EN-GJS-350-22U-LT,浇注铁液质量1 4800 kg，铸件毛坯质量约1 1800 kg，浇注温度1 340～1 360 ℃，充型时间约200 s。

图3　轮毂工艺简图

2　缺陷描述及原因分析

2.1缺陷描述

在批量生产中，在超声波检测三侧孔筋板与导流罩交接部位时，该型轮毂经常出现检测结果不符合技术要求现象。经对该部位进行本体解剖发现为缩松缺陷，如图4所示。

2.2原因分析

对合格和缩松轮毂的碳含量及碳当量进行了对比统计发现，合格轮毂原铁液碳含量主要集中在3.83%～3.90%之间，碳当量CE为4.3～4.5,而缩松轮毂原铁液碳含量主要分布在3.75%～3.80% 和3.9%～3.95%，碳当量CE主要分布在4.25～4.3 和4.5～4.55。对于碳含量在3.83%～3.90%，有时也会出现缩松现象，通过大量的统计分析，发现缩松轮毂残余镁量较高，一般比合格轮毂高约0.002%～0.005%。

图4　轮毂缩松照片

分析认为，球墨铸铁经过两个阶段形成铸态组织。首先是凝固阶段，这个过程包括：液相中析出球状石墨、在液相线温度开始析出初生相、进行共晶转变、晶间碳化物析出，过程结束出现凝固组织[1]。当铁液含碳量过高，球化后将会析出初析石墨球此时铸件仍为液态，且铁液碳量越高，初析石墨球越多越大，这部分石墨对铸件减少缩孔、缩松不起任何作用，反而降低了在固态相变时产生石墨化膨胀的碳的含量，若初析石墨球多且大，将影响材质力学性能。当碳含量过低或碳当量过低，铸件在凝固时不能产生足够的石墨化膨胀，即不能有效的减少缩松面积。所以减少球墨铸铁件的缩松应根据铸件缩松部位热节大小，选取适当的含碳量和碳当量。

球墨铸铁因为铁液含镁，促使状态图上共晶点右移 ，残余镁量过高会使铁液产生过冷，铁液收缩性增大。铸件易产生缩松。导致镁含量不稳定的因素主要有：球化温度不稳定，当压力一定时，镁的饱和溶解量随反应温度的降低而增加[1]，当球化温度反应过低将促使镁含量增加。此外球化剂装包紧实程度也影响球化反应时间及镁的吸收率。

3　改进措施及效果

经分析研究采取了一下改进措施。

1）碳含量控制在3.83%～3.90%之间；

2）出炉温度控制在1 450± 5℃；

3）球化剂装包紧实适度，避免过分紧实。

改进后原铁液碳化控制在3.84%～3.88%，球化后碳含量为3.65%～3.75%，残余镁量0.040%～0.045%，该型轮毂探伤合格率由原先的85%提高至99%。

4　结论

1）将碳含量控制在3.83%～3.90%可有效地提高某型轮毂石墨化膨胀效果，进而减少缩松缺陷；

2）将出炉温度控制在1 450±5 ℃，球化装包适当紧实可保持稳定的残余镁量，

3）残余镁量控制在0.040%～0.045%可有效的解决某型轮毂的缩松问题。

参考文献

[1] 郝石坚，宋绪丁.球墨铸铁[M].北京：化学工业出版社，2014.11.

[2] 吴和保,樊自田,龙文元, 等. 轮毂类球铁件缩孔缩松缺陷的形成机理及防治措施[J]. 中国铸造装备与技术, 2003(5).

[3] 王晓妍,李会珍. 球铁轮毂的生产工艺[J]. 中国铸造装备与技术,2007(2).

Type of wind wheel casting shrinkage defects analysed and prevention

WANG MinGang，SUN JianLang，WEI Rong
(Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co.,Ltd.,Xingping 713105,Shaanxi,China.)

Abstract：Wheel for a certain type of wind power are introduced briefly the causes of the formation of shrinkage defects and prevention measures, through the original molten iron carbon content control in 3.83% ～3.9%, the temperature control in 1 450+5 ℃, nodularizer to pack when appropriate tight, will eventually within the residual amount of magnesium is controlled in the range of 0.040%～0.045% can be effective prevention and control of a certain type of wind power with wheel hub shrinkage defects.

Keywords：wheel hub ；ductile cast iron; shrinkage

作者简介：王敏刚（1981—），男， 工程师，从事铸铁铸造工艺及熔炼工作.

收稿日期:2015- 09- 09

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .01 3

中图分类号：TG255；

文献标识码：A；

文章编号:1 006- 9658（2016）01 -0039- 02

稿件编号:1509- 1061