球墨铸铁燃机进气缸铸造技术研究及工艺优化

发布时间：2020-03-26 00:45

【摘要】：重型燃机是一种高工作温度、高热功转换和高输出功率的发电与动力设备,国内外科技与产业界将重型燃机的研究和发展视为国家高科技实力的重要标志之一。进气缸是重型燃机机组前端均匀引入空气的重要零部件,属大型承力承压部件,有非常高的机械性能、组织致密性等要求,并要进行无损检验。进气缸铸件除具有一般球墨铸铁件铸造特性外,还有局部厚大断面及多个热节孤立分布的特殊结构,决定了其铸造技术难点多且极易产生缩孔缩松、表面夹渣等典型铸造缺陷,该类缺陷直接影响机组的运行安全,甚至在后期发电运行过程中导致严重事故。本文采用缺陷形成机理理论分析、工艺方案实验研究、设计结果MAGMA数值模拟等研究方法,通过工艺措施对照组实践验证,形成了优化的进气缸铸造技术方案。本文制备了不同化学成分实验试块,采用UT检测和实物解剖的方法确定其缩孔缩松缺陷体积,研究了碳当量CE及C元素对缩孔缩松缺陷倾向的影响趋势;通过分析机械性能及金相组织检测结果,研究了Si元素对厚大断面石墨形态的影响趋势;最终确定最佳碳当量范围为4.4~4.7%,选定铸件成分为C≈3.7 wt.%、Si≈2.8 wt.%。本文应用SEM及EDS等分析铸件表面MT检测超标磁痕显示缺陷,确定铸件表面缺陷为SiO_2、MgO、Al_2O_3等聚集形成一次氧化夹渣,分析不同类型浇注系统的作用,对比研究其浇注过程的避渣原理和效果,最终形成进气缸独特的阶梯式避渣浇注系统方案,有效防止铸件表面夹渣缺陷。本文应用CAD建模、MAGMA模拟等进行冒口补缩及冷铁激冷方案研究,形成符合进气缸凝固的温度梯度,充分实现以均衡凝固为主与“顺序凝固+均衡凝固”为辅的凝固技术方案,确保了铸件本体组织致密性。工艺优化后的进气缸铸件单重为12500kg,工艺出品率由80.9%提高至88.7%,相比其他同类大型球墨铸铁铸件获得更高的经济效益;已按优化后的工艺生产12件,检验结果全部合格,实物质量达到行业领先水平。本文在理论和实践研究的基础上,确定最优铸件化学成分,设计阶梯式避渣浇注系统,提出均衡凝固与顺序凝固相结合的凝固方案,最终形成厚大断面球墨铸铁件核心铸造技术方案。相关实验研究成果对高端球墨铸铁铸造技术研究有重要的指导意义,提升了我公司在球墨铸铁铸件制造领域的核心竞争力。
【图文】：

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3796 471 235.5 1234 183 91.5 431 79 39.5 2131 209 104.5 5777 583 291.5 411 103 51.5 1870 70 35 945 54 27 290 23 11.5 2261 333 166.5 9553 1054 527 2035 年全球燃气发电机组累积投资分布情况如图 1-2 所示。美国, 17.40%

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其主要功能是将空气均匀的引进压气机内，属大型承力承压部件。进气缸铸件外轮廓形状呈喇叭口状（见图1-3 所示）。整套进气缸铸件分为上半和下半各 1 件，上下半配套生产，在后续合缸进行配套加工和装配。上下半铸件粗加工毛坯重量分别为 12500kg 和 13500kg，轮廓尺寸Φ4250mm（直径）×1500mm（高），最大壁厚 400mm，最小壁厚 60mm。图 1-3 球墨铸铁燃机进气缸铸件形状示意图铸件材料为球墨铸铁，属机组 4 套大型气缸中的唯一一套球铁铸件，材料牌号为FCD450，机械性能技术要求中对拉伸性能有较高要求，，其机械性能指标要求见表 1-2。表 1-2 进气缸铸件机械性能要求Rm（MPa）RP0.2（MPa）A(%)Z(%)硬
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG255

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