1.5MW风力发电轮毂铸造质量控制.PDF

1.5MW 力发电轮毂铸造质量控制 邓宏运，章红卫，王万超 （1.西安理工大学664 信箱，陕西 西安710048；2. 西安长泰特种合金厂，陕西西安710077） 摘 要：1.5MW 风力发电轮毂铸件重达12t，为大断面球铁，材质要求EN GJS400—18LT，要求对联体试块做 -20℃低温冲击试验和对所有关键部位进行 UT 探伤，工艺难度极大。主要技术指标如下：σ=395MPa；σ b 0.2=220MPa；δ=19%；HB145；-20℃低温冲击值为：3 个试样平均10.50J，最低10J。球化率90%，球径大小6 级，铁素体含量95%。UT 探伤结果未发现3 级以上的铸造缺陷，达到了DIN EN1563 材料标准的要求和客户的 验收条件。生产这样高要求铸件，关键技术在于化学成分的正确选择；冷铁的合理采用；球化剂、孕育剂及 孕育方法的科学运用。 关键词：风力发电轮毂；大断面球铁；UT 探伤；低温冲击性能 风力发电利用自然界的可再生能源——风能，成为当今国际新能源发展的流行趋势。近年来，各国的风 力发电市场的年增长率超过了20%，据预测风力发电技术的应用将在未来30 年内都持续高增长。大断面高韧 性球铁在风力发电设备中获得广泛的应用，这些铸件一般采用德国/欧洲（DIN/EN GJS400-18-LT）材料标准 的高韧性球铁 （相当于中国国家标准 QT400-18AL），铸件质量要求极为严格。目前，中国有一汽锡 、江阴 吉鑫、宁波永祥、宁波日月、大连重工、秦川机床、陕 重工、东方汽轮机、长城须琦等少数的企业成功地 开发出此类产品，市场处于紧缺状态。因此开发风电铸件产品系列具有十分广阔的市场前景。 1 风力发电轮毂铸件要求及生产难点 1.1 风力发电轮毂铸件的质量要求及验收规范 （1）规范要求为DIN/EN GJS400-18-LT 抗低温冲击铁素体球墨铸铁，必须带有70 ㎜厚度的联体试块供顾客 验证，力学性能要求为：σ＞370MPa、σ ＞220MPa、δ＞12%、HB140～180。-20℃低温冲击值为：3 个试 b 0.2 样平均10J，最低8J。球化率要求85%以上；基体中铁素体＞90%。 （2）风力发电轮毂铸件要进行100%关键尺寸检验。 （3）外观检磁粉 （MT)超声波 （UI)无损探伤检验。要求组织致密，缩松等级1～3 级。 1.2 风力发电轮毂工艺技术的难点 风力发电轮毂铸件断面厚大，冷却缓慢，金属液体凝固时间长，容易出现球化衰退，且铸件3 个法兰端 面根部的热节处很容易产生缩孔、缩松。生产风力发电轮毂球铁的技术难点有： （1）风力发电轮毂铸件要在3 个法兰端面进行UT 探伤，如何解决铸件的内部缩松； （2）在厚大断面保证获得良好的球化率，避免球化衰退，在铸态下获得铁素体90%以上的基体组织； （3）如何使材料有足够的抗拉强度、屈服强度和足够的延伸率 （＞12%）； (4) 如何保证良好低温 （-20℃）冲击韧性； (5) 用最优球化孕育处理及微合金化工艺。 2.铸造工艺的控制原则 风力发电轮毂的工艺设计原则是采用通过施加冷铁的方法使铸件尽可能的获得同时凝固，同时，借助球 状石墨膨胀获得致密、健全的内部组织。为获得铁素体基体开箱温度要控制 600℃以下。采取底注式、半封 闭式浇注系统。该铸件重量达12t，铁液总量达14t，充型时间可近似于下式计算，即 充型时间：T=1/2×S×G1/2=1/2×1.9×140001/2=112s。 3. 风力发电轮毂化学成份的控制 3.1 风力发电轮毂C、Si、CE 的选择 由于球状石墨对基体的削弱作用小，故球墨铸铁中石墨数量的多少，对力学性能的影响不显著，当含碳 量在3.3%～3.8%范围内变化时，对力学性能无明显影响。所以过程中确定碳硅含量时，主要考虑保证铸造性 能，将碳当量选择在共晶成分左右，即4.3%～4.3%。具有共晶成分的铁液的流动性最好，形成集中缩孔的倾 向大，铸件组织的致密度高。 硅在球墨铸铁中对性能的影响很大，主要表现在硅对基体的固溶强化作用同时，硅能细化石墨，提高石 墨球圆整度。球铁中硅含量的提高，很大程度上提高强度指标，降低韧性。球墨铸铁经过球化处理过的铁液 有较大的结晶过冷和形成白口倾向，硅能够减少这种倾向。但