zg15cr1mo1v钢阀体铸件裂纹的分析与改进.docxVIP

zg15cr1mo1v钢阀体铸件裂纹的分析与改进 1 铸件材质、强度 224z962yp54140v是流量管道的监控器。生产的铸造钢为pnp54140v和dyn25，材料为zg15rc1mo1v。铸件毛重600 kg,工作温度540℃,工作压力14 MPa。该阀体是一种承受高温、高压的承压件。以40 MPa的表压对阀体进行水压强度试验,因此,阀体铸件要求组织致密,不允许存在缩松、气孔、砂孔、裂纹等铸造缺陷。而ZG15Cr1Mo1V属易裂钢种,铸件结构又较复杂,壁厚相差悬殊,因此生产该铸件难度较大。 2 原铸造工艺的设计和问题 2.1 铸造裂纹的分离 第一次方案如图1所示,内浇道(共2道)从芯头进入,设3个暗冒口,型芯采用湿型砂,使用铸铁芯骨,浇注温度1 490~1 520℃(光学高温计读数未校正)。用这种方案生产,铸件极易产生裂纹,部位如图2所示,裂纹占该部位周长的1/4~1/5。裂纹裂口表面呈氧化色,形状曲折,局部裂纹。 2.2 含钒量对含钒量钢企业的影响 此裂纹是当铸件表面层已经凝固而铸件内部仅形成许多密集的树枝晶体时,在晶体枝叉之间还存在一些钢液,此时钢的强度很低,当铸件收缩受到阻碍时产生,在固相温度上下形成。本文从合金成分和铸钢工艺方面进行裂纹原因的分析。 (1)化学成分的影响。ZG15Cr1Mo1V化学成分见表1,实践中发现,该钢种的裂纹倾向主要与钢中的含钒量有关。有资料表明,对于含钒钢(0.2%~0.9%C,0.10%~2.10%V),当含钒量低时,细化枝晶作用明显,各元素的偏析比也随钒的加入而降低,进一步增加钒量,枝晶已不再细化,偏析作用居主导地位,而导致在CrMoV钢中,由于强烈的枝晶偏析,枝晶间富集了Cr、Mo、V等元素,而在晶间产生晶间碳化物,使钢的塑性和韧性恶化,导致产生裂纹。 (2)工艺方面的影响。由于铸件截面变化处(壁交叉部位)的圆角半径小,铸型呈突出形状,散热率小,使此处铸件凝固缓慢,晶粒较粗,夹杂物易于富集,力学性能差。而且钢液从芯头注入型腔,流道始终处于过热状态,背上冒口和浇道没有形成合理的凝固顺序,造成铸件的温度场分布不匀,导致凝固过程中产生较大的热应力。使壁厚交叉部位存在较大的拉应力,此外背上冒口的存在也妨碍了铸件的收缩,这些因素使力学性能差的铸件交叉内圆角部位出现裂纹。 3 改进后的工艺和效果 3.1 型腔钢液 改进后的方案如图3所示,设2个暗冒口从三通支管处补缩,钢液经冒口进入型腔。这样合理调节了型腔各部分的冷却速度,满足顺序凝固的要求,补缩良好,冒口的位置不影响铸件的自由收缩,从而缓解了交叉部位所受应力,提高了抗裂性。 3.2 厚壁相交冷却技术 在阀体底部支管圆角处放置隔砂冷铁如图3,使薄厚壁相交处加速冷却,改善铸件凝固时的温度分布,使局部热节处得到强化,防止裂纹。冷铁的厚度为壁厚的1.5倍,隔砂层厚度为25~30 mm。 3.3 提高砂芯的可逆性，减少收缩障碍 在芯砂中加入1.0%~2.2%的细木屑,采用圆钢芯骨,减少芯骨的阻力,增强砂芯退让性。 3.4 合理控制注射温度和注射速度 浇注温度控制在1 490~1 500℃(光学高温计未校正),浇注时间控制在20~25 s,直浇道直径为60 mm较为合适。 3.5 易产生裂纹表1 该铸件由于壁厚薄相差较大,支管厚薄相交处圆角较小,薄处冷却快,阻碍厚处收缩,使在冷凝中强度较低的厚处易出现裂纹。因此将该处的圆角R90 mm改成R360 mm,使壁厚薄相差趋于缓和,减少铸件的收缩应力。 3.6 质量检测及材料的应用 根据上述改进后的方案进行了试生产,共生产3批次8件225Z962YP54140V阀体,并按标准要求进行了热处理,然后对易产生裂纹的壁厚相交部位进行打磨作了超声波无损检测,未发现裂纹,从而大大减轻铸件缺陷的修补量,质量稳定可靠,提高了该产品的表面及内在质量,得到客户的公认,现已投入批量生产。