專利名稱：：利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機主軸的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法。
背景技術(shù)：
：目前，隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益嚴峻，尋找和選擇綠色環(huán)保、具有可再生性的能源己成為世界各國面臨的重大課題。而自然界存在的風(fēng)能與其它能源相比，不僅蘊藏量大、分布廣泛、永不枯竭、是水能的10倍，而且還具有上馬快、建設(shè)周期短、比水電站建設(shè)的基礎(chǔ)投入少、靈活性強，并能有效遏制溫室效應(yīng)和沙塵暴災(zāi)害、綠色環(huán)保等特點。因此，利用風(fēng)能發(fā)電作為新能源開發(fā)已成為全球未來能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分并受到了各國的高度重視和大力支持。但是，由于目前制造風(fēng)電設(shè)備的技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備昂貴，風(fēng)力發(fā)電成本較高，風(fēng)電電價高于煤電電價，從而制約了風(fēng)電的快速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵設(shè)備之一是發(fā)電機的主軸。目前，國內(nèi)外制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的方法全部都是采用鍛造法，其制作過程為將特種鋼冶煉后鍛造成毛坯，然后再進行熱處理及機械加工。但利用鍛造方法生產(chǎn)時，首先要求必須提供高質(zhì)量電爐精煉的鋼錠以滿足產(chǎn)品的高性能需要，其次需采用特殊的成型方式(鍛造)來細化晶粒以便獲得性能更為優(yōu)良的毛坯。如內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團有限公司與四川德陽九益鍛造有限公司等單位采用鍛造方法生產(chǎn)風(fēng)機主軸的工藝過程大致為合金熔煉一鋼錠一鍛造一退火一粗車一調(diào)質(zhì)一半精車一精車。因此，采用鍛造法不僅生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品成型和后續(xù)加工困難，成型率不高，且材料消耗大，因而生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率較低，一些特鋼企業(yè)及鍛機小的機械行業(yè)很難進行生產(chǎn)，致使生產(chǎn)的風(fēng)機主軸遠遠不能滿足市場需求，國內(nèi)相當(dāng)一部分風(fēng)機主軸需要進口且價格昂貴。同時，用鑄鋼生產(chǎn)風(fēng)機主軸時，由于鑄鋼的熔點高，熔煉時能耗大，對雜質(zhì)的限制要求嚴格，冷卻時由于收縮較大而容易在鑄件中產(chǎn)生縮孔縮松缺陷。因此，如果能用成本低廉的鑄鐵并利用工序簡單的工藝如傳統(tǒng)的砂型鑄造方法來生產(chǎn)鑄件，必然會使生產(chǎn)成本大大降低，生產(chǎn)效率大大提高。但是，傳統(tǒng)的砂型鑄造方法存在著勞動強度大、原材料消耗多、鑄件重量偏重、環(huán)境污染嚴重、機加工工作量大等問題，尤其是容易出現(xiàn)的鑄件致密度差、補縮不充分、縮孔縮松多等問題，這將嚴重影響鑄件的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致鑄件報廢。安徽天鈺機械股份有限公司針對現(xiàn)有砂型鑄造方法存在的問題，發(fā)明了一種用灰鑄鐵制備柴油機、汽油機缸體缸蓋的消失模鑄造工藝。該工藝是將實物體分切成若干模片后制造出模具，再將消失模原料石蠟或泡沫注入模具中得到與實物一致的消失模模片，并在模片上浸涂耐火涂料，烘干后置于型砂箱中，在負壓下振實澆注后，使消失模模片熔融氣化成一氧化碳和二氧化碳排出，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成組織致密的灰鑄鐵缸體缸蓋鑄件。該方法雖然在一定程度上解決了傳統(tǒng)砂型鑄造方法存在的問題，但是，如果直接用該廠的方法制備風(fēng)機主軸，會出現(xiàn)以下問題其一，由于該方法所使用的灰鑄鐵中的石墨呈片狀分布，片狀石墨對基體的割裂性強，容易引起應(yīng)力集中，致使鑄件的強度較差、韌性偏低、脆性大，而風(fēng)機主軸強度要求高、塑性要求好，因此用灰鑄鐵來制備風(fēng)機主軸在性能上達不到要求；其二，由于該方法制備的柴油機、汽油機缸體缸蓋屬于小型鑄件，小型鑄件因澆注時間短、凝固速度快、模樣氣化發(fā)氣量小、工藝參數(shù)容易控制，因此容易得到氣孔缺陷少、鑄件質(zhì)量較好的鑄件。而風(fēng)機主軸屬于大型鑄件，如果采用同樣的工藝生產(chǎn)，由于澆注時間長、凝固速度慢，模樣氣化發(fā)氣量大、工藝參數(shù)不容易控制，因此得到的鑄件氣孔缺陷多、鑄件質(zhì)量較差；其三，消失模鑄造在裝配模具時，因是用若干分切成的小模片裝配成與實物體大小相同的模具，若鑄件小，裝配精度容易保證。而風(fēng)機主軸因鑄件大，則容易造成較大偏差，不僅會影響鑄件質(zhì)量，還^1艮大可能會造成鑄件報廢；其四，由于該方法制備的柴油機、汽油機缸體缸蓋屬于小型鑄件，在澆注時采用的是頂注式澆注。如果用頂注方式澆注風(fēng)機主軸這樣的大型件時，由于澆注的液態(tài)金屬量大，沖擊力強，因此一方面會嚴重沖刷鑄型壁，另一方面會使金屬液攪拌嚴重，容易在鑄件中形成更多的氣體和夾雜，而且也不利于氣體和夾雜物的上浮除去，這些最終都將影響鑄件的質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對目前現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法。本發(fā)明提供的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法是將按重量百分比計含碳量為3.4~4.0%的球墨鑄鐵在熔煉爐內(nèi)進行熔煉，熔煉后先在溫度為1460土1(TC的鐵液中加入按鐵液的重量計為0.2~0.8%的Inoculin3卯預(yù)處理劑進行處理，然后在澆鑄前向鐵液中加入按球墨鑄鐵的重量計為0.25~0.4%的孕育劑并進行充分攪拌后，再加入按球墨鑄鐵的重量計為0.2%~0.35%的球化劑，最后將溫度不低于140(TC的鐵液澆注到裝有模樣的砂箱中，鐵液在冒口液態(tài)金屬的補縮下充型、凝固形成鑄件，并利用鑄件自身的余熱進行熱處理。其中，涂刷于模樣上的涂料中含有按涂料重量計為0.2-1.5%的麻纖維；在裝配模樣時，其軸心位置設(shè)置有一定位軸桿。由于本發(fā)明提供的以上方法首先在材料上選用的是球墨鑄鐵，這不僅因鐵液中的石墨呈球狀，從而降低了對基體的割裂作用，而且，還充分利用了球墨鑄鐵的石墨化膨脹作用來實現(xiàn)了鑄件凝固時的自補縮，既有效地減少了鑄件內(nèi)的縮松縮孔缺陷，提高了產(chǎn)品的成型率，又減少了補縮所需鐵液的消耗，降低了成本；其次，由于在孕育處理前向鐵液中加入的foseco公司生產(chǎn)的Inoculin390預(yù)處理劑，而該預(yù)處理劑的最大特點是其中含有的Bi元素既能阻礙基體晶粒長大，有效增加石墨數(shù)量，細化石墨，又能使鐵液中的0/S控制在較低和穩(wěn)定的水平，并形成穩(wěn)定的形核質(zhì)點，為球化反應(yīng)提供良好的條件，從而得到了比常規(guī)球墨鑄鐵還高出5%以上的高強度、高韌性性能的鑄件，達到了風(fēng)機主軸的性能要求；其三，由于涂刷于模樣上的涂料中含有能增加涂料透氣性的麻纖維，大大提高了涂料的透氣性能，使模樣氣化時生成的氣體更容易滲漏出鑄型，解決了用消失模鑄造工藝生產(chǎn)大型鑄件時由于透氣性差所帶來的鑄件缺陷問題；其四，由于在裝配模樣時，在軸心位置設(shè)置了一定位軸桿，因此可使模樣裝配精準(zhǔn)可靠，從而解決了大型鑄件模樣制作時裝配精度難于控制的問題。為減少鐵液和模樣中帶入的氧、氫、硫及其它雜質(zhì)，消除魏氏組織和柱狀晶，并細化晶粒，提高沖擊韌性，本發(fā)明還在熔煉的液態(tài)鐵液中加入按液態(tài)鐵液的重量計為0.1-0.2%的稀土元素。稀土元素優(yōu)選Nd、Pr或Ce中的任一種。為了使液態(tài)金屬澆注時充型平穩(wěn)，減少對鑄型的沖刷，即使形成少量夾雜也容易上浮而除去，本發(fā)明的鐵水澆注是采用底注式澆鑄方式，且鐵液在型腔中上升速度控制為200—250mm/s。以上方法中所用的預(yù)處理劑Inoculin3卯的粒徑為2—6mm;所用的麻纖維為蕁麻纖維、黃麻纖維、紅麻纖維或大麻纖維中的任一種。以上方法在澆鑄前向液態(tài)鐵液中加入的孕育劑成分按重量百分比計為Si60-65%、Ca0.8-2.2%、Be4-6%、Mn8-腦，其余為Fe。以上方法向液態(tài)鐵液中加入的球化劑成分按重量百分比計為Y55-47%、Si40-45%、Ca5-8%。以上方法中利用鑄件自身的余熱進行熱處理的工藝控制條件為在92098(TC保溫2-5小時，再降溫至700-750'C保溫3-6小時，最后爐冷至600°C以下出爐空冷即可。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，還具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明采用的是消失模鑄造技術(shù)來生產(chǎn)風(fēng)機主軸，因而與采用傳統(tǒng)的鍛造方法而言，不僅簡化了生產(chǎn)工藝，縮短了生產(chǎn)周期，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，而且使普通鑄造企業(yè)都可生產(chǎn)風(fēng)機主軸，降低了風(fēng)機主軸生產(chǎn)苛刻的門檻要求，從而滿足市場需求。2、由于本發(fā)明選擇的鑄件材料是球墨鑄鐵，因而與鑄鋼相比，不僅大大降低了風(fēng)機主軸的生產(chǎn)成本和苛刻的熔煉要求，而且由于球墨鑄鐵的偏析程度要比合金鑄鋼低，因此有利于降低鑄件的成分偏析，使鑄件內(nèi)部成分更加均勻。3、由于本發(fā)明可利用鑄件凝固后自身的余熱對鑄件進行后續(xù)熱處理，因而節(jié)約了能源并降低了成本。4、本發(fā)明為風(fēng)力發(fā)電機主軸的制造提供了一種全新的生產(chǎn)方法，這在全球面臨嚴重能源危機的今天，可為風(fēng)能這種綠色環(huán)保、再生性強并有著廣闊前景的發(fā)電技術(shù)得到大力推廣產(chǎn)生重大的意義。具體實施例方式下面給出實施例以對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整仍屬本發(fā)明的保護范圍。另外，值得說明的是以下實施例所用元素的百分比均為重量百分比；對所得鑄件進行的抗拉強度Ob、屈服強度Os、延伸率Ss、斷面收縮率ur、沖擊韌性Aku、材料硬度HB等機械性能的測試，其中，材料的Ob、os、S5、v是在SHT4305微機控制電液伺服萬能試驗機上進行的；Aku是在JB-300S擺錘沖擊韌性試驗機上進行的；HB是在HB—3000型布氏硬度機上進行的。實施例1121)首先將聚苯乙烯的泡沫塑料壓成階梯型風(fēng)機主軸毛坯的每一段，然后將石英粉、鋁礬土、石墨粉按常規(guī)配比配成的耐火涂料涂刷其上并烘干。耐火涂料所選用的石英粉Si02〉97。/。，粒度200—270目；鋁礬土中Al203>75%，并且是經(jīng)過高溫煅燒后的高鋁熟料，粒度大于300目。其中還添加有以涂料重量計為0.2-1.5%的麻纖維，以增加涂料的透氣性。各實施例添加的量見表3。麻纖維為蕁麻纖維、黃麻纖維、紅麻纖維或大麻纖維中的任一種。2)先以砂箱裝配風(fēng)機主軸模片的軸心位置設(shè)置的一定位軸桿為中心線，然后將烘干的各段模片一一粘合起來制成最終模樣，取掉定位軸桿。模樣外用天然圓顆粒石英砂填滿砂箱并振實，砂箱的振幅在lmm土0.05mm，之后抽真空密封。石英砂粒度為4(V70目，Si02>85%，但砂中雜質(zhì)不能大于10%。3)本發(fā)明實施例所用的材質(zhì)為四種牌號的球墨鑄鐵EN-GJS-400-18U-LT、QT400-18、QT450-10、QT500-7，其常見的化學(xué)成分范圍見表1，F(xiàn)e為余量。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在實際熔煉過程中，將以上每一種牌號的球墨鑄鐵均熔煉三種成分作為實施例，各實施例的具體成分如表2，F(xiàn)e為余量。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將以上各實施例的球墨鑄鐵分別進行熔煉。為了順利去除鐵液中的夾雜，熔煉過程中先向鐵液中加入石灰石造渣，然后在熔煉后溫度為1460土10'C的鐵液中加入按鐵液的重量計為0.2~0.8%的2~6mm的Inoculin3卯預(yù)處理劑進行處理，并在澆鑄前向鐵液中加入按鐵液的重量計為0.25~0.4%的孕育劑(其成分為Si60%-65%、Ca0.8%-2.2%、Be4%-6%、Mn8%-10%，其余為Fe)并進行充分攪拌后，再加入按鐵液的重量計為0.2%~0.35%的釔基重稀土復(fù)合球化劑(其中Y55°/。-47%、Si40%-45%、Ca5%-8%)和按液態(tài)鐵液的重量計為0.1-0.2%的稀土元素，各實施例的加入量如表3所示，最后將溫度不低于1400'C的鐵液以底注式澆鑄方式，按鐵液在型腔中上升速度為200—250mm/s澆注到裝有模樣的砂箱中，鐵液在冒口液態(tài)金屬的補縮下充型、凝固，當(dāng)鑄件冷卻至表4所示溫度時取出，然后利用此時鑄件本身的余熱將其推入到退火爐中進行熱處理，消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，提高韌性，并改善切削加工性，最后對其進行機加工即可得到所需的風(fēng)機主軸。通過測試，鑄件調(diào)質(zhì)后的各項機械性能指標(biāo)見表5。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表5可看出，用四種材質(zhì)生產(chǎn)的風(fēng)機主軸均能達到風(fēng)機主軸使用要求的性能指標(biāo)。因此，對風(fēng)機主軸以球墨鑄鐵用消失模鑄造方法來代替鍛造方法制造風(fēng)力發(fā)電機主軸是完全可行的。權(quán)利要求1、利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法是將按重量百分比計含碳量為3.4～4.0％的球墨鑄鐵在熔煉爐內(nèi)進行熔煉，熔煉后先在溫度為1460±10℃的鐵液中加入按鐵液的重量計為0.2～0.8％的Inoculin390預(yù)處理劑進行處理，然后在澆鑄前向鐵液中加入按球墨鑄鐵的重量計為0.25～0.4％的孕育劑并進行充分攪拌后，再加入按球墨鑄鐵的重量計為0.2～0.35％的球化劑，最后將溫度不低于1400℃的鐵液澆注到裝有模樣的砂箱中，鐵液在冒口液態(tài)金屬的補縮下充型、凝固形成鑄件，并利用鑄件自身的余熱進行熱處理，其中，涂刷于模樣上的涂料中含有按涂料重量計為0.2-1.5％的麻纖維，且在裝配模樣時，其軸心位置設(shè)置有一定位軸桿。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法在澆鑄前還向鐵液中加入有按鐵液重量計為0.1-0.2%的稀土元素。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法在澆鑄前向鐵液中加入的稀土元素為Nd、Pr或Ce中的任一種。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法中所用的預(yù)處理劑是粒徑為2—6mm的Inoculin3卯；所用的麻纖維為蕁麻纖維、黃麻纖維、紅麻纖維或大麻纖維中的任一種。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法的鐵水澆注是采用底注式澆鑄方式，鐵液在型腔中的上升速度為200—250mm/So6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法的鐵水饒注是采用底注式澆鑄方式，鐵液在型腔中上升速度為200—250mm/s。7、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法在澆鑄前向鐵液中加入的孕育劑成分按重量百分比計為Si60-65%、Ca0.8-2.2%、Be4-6%、Mn8-10%，其余為Fe;加入的球化劑成分按重量百分比計為Y55-47%、Si40-45%、Ca5-8%。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法在澆鑄前向鐵液中加入的孕育劑成分按重量百分比計為Si60-65%、Ca0.8-2.2%、Be4-6%、Mn8-10%，其余為Fe;加入的球化劑成分按重量百分比計為Y55-47%、Si40-45%、Ca5-8%。9、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法中利用鑄件自身的余熱進行熱處理的工藝控制條件為在920980'C保溫2-5小時，再降溫至700-750'C保溫3-6小時，最后在爐冷600°C以下出爐空冷即可。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法中利用鑄件自身的余熱進行熱處理的工藝控制條件為在92098(TC保溫2-5小時，再降溫至700-75(TC保溫3-6小時，最后在爐冷600'C以下出爐空冷即可。全文摘要本發(fā)明公開的利用球墨鑄鐵制造風(fēng)力發(fā)電機主軸的消失模鑄造方法，該方法是將含碳量為3.4～4.0％的球墨鑄鐵在熔煉爐內(nèi)進行熔煉，熔煉后先在溫度為1460±10℃的鐵液中加入按鐵液的重量計為0.2～0.8％的Inoculin390預(yù)處理劑進行處理，然后在澆鑄前向鐵液中加入按球墨鑄鐵的重量計為0.25～0.4％的孕育劑并進行充分攪拌后，再加入按球墨鑄鐵的重量計為0.2～0.35％的球化劑，最后將溫度不低于1400℃的鐵液澆注到裝有模樣的砂箱中，鐵液在冒口液態(tài)金屬的補縮下充型、凝固形成鑄件，并利用鑄件自身的余熱進行熱處理。本發(fā)明提供的消失模鑄造方法不僅可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍛造工藝，而且產(chǎn)品成型容易，鑄件組織致密，機械性能優(yōu)良，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本可降低40％以上。文檔編號B22D3/00GK101585071SQ20091005966公開日2009年11月25日申請日期2009年6月18日優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日發(fā)明者剛楊,屹楊,健許,許亞南申請人:常州凱達軋輥集團有限公司;四川大學(xué)