徐鵬程，張周欽

1.產(chǎn)品介紹

本課題研究的環(huán)形類鑄鋼件應(yīng)用于水輪機組核心部位，起密封、止漏、減少水力損耗等作用，同時還要求工件承壓耐腐蝕，產(chǎn)品質(zhì)量要求高。此類產(chǎn)品特點一般為壁薄，鑄件最大直徑達8m。

該產(chǎn)品的材質(zhì)為國內(nèi)牌號ZG20Cr13，化學成分要求見表1，鑄件要求進行正火+回火，鑄件無損檢測要求按T7233.1—2009、GB/T9443—2007一級執(zhí)行，鑄件所有表面要求機加工。

2.以往類似產(chǎn)品生產(chǎn)總結(jié)

以往薄壁環(huán)形鑄件缺陷多，孔洞類缺陷如圖1所示，不同批次生產(chǎn)的鑄件補焊量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2所示，可見焊材消耗量大，該類產(chǎn)品一直以來生產(chǎn)效率非常低。

3.缺陷原因分析

為了找出上述缺陷產(chǎn)生的真正原因，本文采用虛擬技術(shù)來模擬鑄造現(xiàn)場，通過采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并輸入軟件進行模擬，從而對澆注過程中鋼液在型腔中的流動狀況進行評估，并與實際鑄件的缺陷進行對比。

表1 ZG20Cr13化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

圖1 環(huán)形件孔洞缺陷照片

圖2 不同批次批環(huán)形件補焊量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

圖3為模擬澆注過程中的卷氣結(jié)果，顯示了黃白色區(qū)域為卷氣高發(fā)區(qū)域。鑄件在充型結(jié)束時有較多夾雜物殘留在鑄件中，如圖4所示。這是由于紊流使鋼液有機會吸收來自空氣中的氧產(chǎn)生了大量的夾雜物，同時由于整個澆注時間短，夾雜物無法及時從鑄件中上浮至冒口所致。

綜上所述，孔洞類缺陷的真正原因主要是由于澆注過程中的卷氣及氧化夾雜共同導致的。

4.工藝優(yōu)化

根據(jù)上述模擬結(jié)果且從節(jié)能節(jié)材角度考慮，本文對某圖樣壁厚約20mm、直徑約5m的環(huán)形鑄鋼件提出了多件疊加設(shè)計的新方案，如圖5所示。

通過把工藝參數(shù)輸入軟件重新模擬確認，圖6所示卷氣結(jié)果均顯示為藍色，說明無明顯卷氣發(fā)生；由于新工藝為多件疊加鑄造，大幅增加了澆注時間，使夾雜物有時間脫離鑄件本體上浮至冒口，圖7所示澆注結(jié)束時大部分夾雜均已上浮至冒口中，表明可以獲得純凈的鑄件本體。

同時，三件疊加方案相當于下部兩件實現(xiàn)了“無冒口設(shè)計”，使工藝出品率提高了近1/3，同時節(jié)省了造型場地和型砂用量，其耗材對比見表2。

通過上述方案我們成功生產(chǎn)了多件該類鑄件，經(jīng)外觀和無損檢測，所有產(chǎn)品無任何孔洞缺陷。同時，新方案采用多件疊加，顯著降低了材料消耗，提高了產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)效益。

5.結(jié)語

（1）薄壁環(huán)形鑄鋼件的多件疊加設(shè)計新方案可有效減少孔洞類缺陷的產(chǎn)生，降低了補焊用材的消耗。

（2）通過合理的工藝設(shè)計，以更低成本獲得了高品質(zhì)的環(huán)形鑄件，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。

圖3 澆注過程中的卷氣模擬結(jié)果

圖4 澆注結(jié)束時夾雜物結(jié)果

圖5 多件疊加鑄造

圖6 模擬澆注過程中的卷氣結(jié)果

圖7 澆注結(jié)束時夾雜物結(jié)果（改善后）

表2 兩種方案單件平均耗材對比