張竣明，陳志強(qiáng)，李彩麗

（太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司冶鑄分公司，山西太原 030024）

隔板套是某汽輪機(jī)機(jī)組的關(guān)鍵零件之一。隔板套上、下半結(jié)構(gòu)相似，其主要輪廓尺寸為：2 860 mm×1 132.5 mm×1 455 mm，最大壁厚為200 mm，最小壁厚處為38 mm，壁厚不均勻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造控制難度大[1～2]。其鑄件三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1 鑄件質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.1 化學(xué)成分及機(jī)械性能要求

隔板套材質(zhì)選用的是15Cr2Mo1，其具體的成分要求如表1所示，機(jī)械性能要求如表2所示。

從表1可知，用戶不僅對(duì)材料各化學(xué)元素含量和性能都有要求，而且對(duì)有害元素的要求更高，導(dǎo)致合金熔煉工藝和成分控制難度加大。

1.2 探傷要求

圖1 隔板套鑄件三維簡(jiǎn)圖

產(chǎn)品要求對(duì)其加工面和非加工進(jìn)行UT探傷。超聲波探傷要求制造專用超聲波探傷對(duì)比試塊（如圖2所示），此試塊要求不允許存在φ2.4 mm以上的缺陷，且為了不影響其聲學(xué)效果，不允許補(bǔ)焊。

1.3 鑄造工藝分析

隔板套結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚懸殊大，在鑄造及處理過程中裂紋傾向嚴(yán)重。局部厚大的地方因補(bǔ)縮通道不暢通，極易產(chǎn)生縮孔、縮松。隔板套上、下半結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是圖3中圓圈所示位置為熱節(jié)區(qū)，上面沒有補(bǔ)縮通道，該部位極易產(chǎn)生縮孔、縮松。如何保證該部位的質(zhì)量是鑄造工藝的一個(gè)難點(diǎn)。

表1 ZG15Cr2Mo1隔板套的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 ZG15Cr2Mo1隔板套的機(jī)械性能指標(biāo)

圖2 探傷對(duì)比試塊規(guī)格

2 開發(fā)設(shè)計(jì)方案

2.1 鑄造工藝

數(shù)值模擬對(duì)鑄件產(chǎn)品的開發(fā)和鑄件質(zhì)量的改進(jìn)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和學(xué)術(shù)意義[3～4]。工藝設(shè)計(jì)過程：根據(jù)圖紙尺寸，利用solid works軟件繪制三維圖，測(cè)算鑄件凈重、毛重。然后利用華鑄軟件進(jìn)行模擬，優(yōu)化工藝參數(shù)，確定最終鑄造方案。

圖3 隔板套剖面圖

圖4 為隔板套下半部的模擬結(jié)果。由圖可知，縮松和縮孔均在冒口處，鑄件本體上未出現(xiàn)較大的缺陷，鑄件本體上有個(gè)別點(diǎn)狀縮松缺陷，但根據(jù)長(zhǎng)期模擬與現(xiàn)實(shí)狀況對(duì)比的經(jīng)驗(yàn)來看，該零星點(diǎn)狀缺陷可能是應(yīng)網(wǎng)格劃分造成的，實(shí)際中鑄件本體上一般不會(huì)出現(xiàn)。冒口縮松基本位于鑄件本體上方，且與鑄件還有一段安全距離，說明冒口大小選用合理。因此該鑄造方案合理可行。隔板套上半結(jié)構(gòu)與下半結(jié)構(gòu)相似，其仿真模擬結(jié)果相近。

圖4 隔板套下半的模擬結(jié)果

采用樹脂砂鑄造的鑄造方法，圓角和容易燒結(jié)的地方使用鉻鐵礦砂。樹脂砂鑄造具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好的特點(diǎn)，從根本上保證了圖紙尺寸要求。圓角和容易燒結(jié)的部位使用鉻鐵礦砂不僅能提高鑄件表面質(zhì)量，同時(shí)也便于鑄件表面清理。

利用外冷鐵將鑄件分為多個(gè)部分，其中1#和2#暗冒口補(bǔ)縮圓弧底部區(qū)域，即兩排外冷鐵之間的部位，3#和4#明冒口分別補(bǔ)縮兩側(cè)中分面及其下方圓弧至外冷鐵的部位（見圖5），每部分上方均有冒口對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮，保證了該部位的質(zhì)量。

澆注方式采用底注方式進(jìn)行澆注，鋼水上升平穩(wěn)，減少了鋼水對(duì)砂芯的沖擊，減少了鑄件產(chǎn)生掉砂和夾渣的缺陷風(fēng)險(xiǎn)。隔板套上半結(jié)構(gòu)與下半結(jié)構(gòu)相似，其鑄造工藝方案相近。

2.2 熱處理工藝

隔板套結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均勻，熱處理過程中易產(chǎn)生變形、微裂紋等問題。根據(jù)相近材質(zhì)的熱處理經(jīng)驗(yàn)，通過風(fēng)冷可達(dá)到所要求的力學(xué)性能。故只需采取措施減少變形和微裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，如鑄件的支墊、擺放方式，風(fēng)機(jī)的擺放位置和角度等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和資料分析[5～6]，結(jié)合現(xiàn)有的熱處理?xiàng)l件，最終制定了熱處理工藝：將鑄件加熱到960℃，保溫14h，風(fēng)冷至300℃出爐，然后在700℃下進(jìn)行回火處理。

圖5 隔板套下半結(jié)構(gòu)工藝圖

3 生產(chǎn)效果

熱處理后鑄件的化學(xué)成分如表3所示，符合技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)要求。

熱處理后鑄件力學(xué)性能如表4.通過上述熱處理工藝進(jìn)行熱處理，鑄件的力學(xué)性能均能滿足技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)要求。

采取以上工藝，成功完成隔板套產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)，總結(jié)出了成熟的生產(chǎn)工藝。經(jīng)太重鑄鋼廠和理化中心自檢，以及用戶終檢，隔板套的化學(xué)成分、力學(xué)性能、表面磁粉探傷、整體超聲波探傷等結(jié)果均滿足技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 熱處理后鑄件化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表4 熱處理后鑄件力學(xué)性能

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