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船用艏柱的铸造工艺研究及应用.pdfVIP

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船用艏柱的铸造工艺研究及应用 贺昌惠 丁大伟 艏柱是船舶首部最前端的构件,也是船体最重要的构件之一,船 舶首部的外板、甲板、平台、和舷的纵桁都是在首柱处结束。艏柱按 材料和制造方式分锻钢艏柱、铸钢艏柱、钢板艏柱和混合艏。铸钢艏 柱刚度好,可以生产各种复杂形状,但重量重。铸钢艏柱适用于剖面 形状复杂,刚度要求高的船舶。艏柱质量的好坏直接关系到整艘船的 建造质量。本文对某厂大型船舶铸钢艏柱,利用MAGMAsoft 软件进行 了模拟和优化,对铸造工艺进行了研究。 一、艏柱成型特点 该铸钢艏柱内部质量及表面质量要求极为严格、不得存在任何裂 纹、气孔和缩孔等铸造缺陷。其形状复杂,尺寸及重量要求严格。力 学性能要求较高、尤其是低温冲击功较高。 该件具有如下的成型特点:由表1 可知,碳含量在相图中处于包 晶区,铸件容易产生缩松类缺陷。艏柱在船体中处于重要部位,受力 非常复杂,如果存在超标缩孔、缩松及裂纹等铸造缺陷,将会给船体 的安全性造成极大的隐患。艏柱的每一个断面均不相同,形状为流线 型,精整时难于控制各个部位尺寸。另外由于该件长度较大,在铸造 过程中非常容易变形,因此制造难度很大。 二、艏柱工艺设计 艏柱总长 19 米、最大宽度1.6 米,毛重34 吨,铸件的三维模型 如图1 所示。由于此铸件长度较大,故采用分段铸造,而后焊接在一 起的工艺方案。化学成分、力学性能见表1、表2 图1 艏柱三维图 表1 化学成分 Table 1 The chemical composition wB/% C Si Mn S P Ni Cr Cu 0.25 0.60 0.7-1.6 0.04 0.04 0.8 0.25 0.3 表2 力学性能 Table 2 The mechanical properties σ /(MPa) σ /(MPa) δ /(%) ψ/(%) A /(J)(-20℃) s b s KV 230 460 22 30 27 铸件要求 100%磁粉和超声波检测,超声波起始灵敏度Φ5.6 ㎜, 尺寸按GB6414-1999 招执行。 2.1 冒口及冷铁设计 铸钢件冒口必须满足两个要求:一个是冒口凝固晚于铸件凝固, 另一个是要有足够的补缩钢液。本文采用的冒口设计方法为:模数法 及热节圆法计算冒口尺寸,根据热节圆及模数法确定冒口直径为φ 600-φ650,利用冒口的有效补缩距离和冒口延续度确定冒口的位置 和数量,最后利用 MAGMAsoft 数值模拟软件进行模拟,根据模拟结果 对冒口尺寸进行调整和优化。 冷铁具有激冷的作用,在铸件表面贴放冷铁的部分凝固速度要比 邻近的断面凝固速度快,因此,在贴放冷铁的这个断面上首先形成 “V”形凝固前沿。在艏柱的两面卧放冷铁,可使人为末端区延长, 以减少冒口的尺寸并提高铸件的工艺出品率。 根据艏柱的形状结构,并结合数值模拟结果。由于筋板位于冒口 底部效果更好,便于冒口补缩,为了增大冷却速度、在底面两侧放置 外冷铁。假定钢液浇注到砂型后的温度 (即与冷铁接触时的温度)为 1550℃和凝固结束时冷铁的温度为600℃,则 M −M G =7.4V 0 r 冷 0 M

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