大型系列挖泥泵叶轮铸造
作者：何祥炎  黄先功
地址：安徽和县经济开发区  E-mail：ceo@sanlianpump.com
随着国家对江、河海等水床清理及填塞，港口建设的要求对挖泥船的需求越来越大，而挖泥船的关键设备――泵中的主要零部件叶轮的铸造尤为重要。自2005年以来，安徽三联泵业股份有限公司为全国各大船道局生产出多系列叶轮等过流新产品，其性能达到目前国内外同类先进水平。就叶轮而言，我们研发了多种材质，现就高铬系列材质叶轮生产、铸造工艺特点，就我们的生产实践总结一下（选择ASP1050-700叶轮），供探讨。
1  叶轮工况特点和技术要求
泥泵叶轮主要过流粒径 1cm以上级粗砂、碎石、砂石、砂砾等颗粒，要求材料具有一定的冲击韧性和抗磨蚀性，我们选择了高铬白口铸铁，其化学成分，主要力学性能要求见表1
化学成分%	主要力学性能		C	SI	Mn	P	S	Cr	其它	ak
J/cm2	HRC		2.2~2.9	≤0.6　	0.8~1.0	≤0.05	≤0.03	23~25	1~3	≥12	≥50		表1
设计技术要求叶轮材质应致密，无夹渣.气孔、缩松、裂纹及其它影响强度或外现质量的有害缺陷。叶轮需做动平衡，静平衡实验。最大允许平衡质量1m以上叶轮 500g
2  结构特点分析
图1
2.1该泥泵叶轮为单吸式大流量叶轮，结构如图1所示。从图1可以看出:该 叶轮不利于铸造生产，铸件直径较大（φ1780mm），铸件壁厚不均匀，厚薄差特别大，其中轮面厚度为50mm，叶片厚度为55mm，共5个叶片轴孔热节却达到φ130，流道高度320mn,叶片扭曲大，泥芯制作难度大。
2．2  从合金熔炼与凝固方式的角度来分析，该材料具有结晶温度间隔大，流动性差，铁水表面易形成氧化膜，形成晶间缩松，轴孔热节处补缩通道不畅，较难实现补缩。壁厚差别大，导致铸件各部分冷却速度不一，引起同一时刻的收缩量不一致，但各部分又彼此相联，相互制约，铸造热应力大，造成裂纹倾向过大。
3  叶轮的铸造
 3.1 熔炼与变质处理
 max.book118.com  ASP1050叶轮净重2.8吨，我们采用10吨中频电炉熔炼（15吨漏包一次性浇注三只叶轮），炉衬材料为非硅质材料（防增硅），炉衬必需达到充分干燥烧结，原材料中硫、磷应尽量低，铬铁为低硅铬铁，配料据Fe-Cr-C三元相图化学成，控制在一定区域，合理配比，熔炼时先加废钢，低硅铬铁，待其大部分熔化后再加入其它合金材料。熔清后取样，进行光谱炉前分析，调整化学成份造渣（熔炼最高温度不应大于1540℃），脱氧后升温至1480-15200C出钢。炉前漏包中加高温铬铸铁变质剂处理，漏包应烘烤至600-7000C，钢水吹氩精炼，消除夹渣及有害气体，使铁水净化。
max.book118.com 浇注湿度：
	浇注湿度对一次性结晶组织有明显影响，铸态组织的粗细对浇注温度非常敏感，浇注温度高，晶体粗大，冲击韧性低，考虑到叶轮的结构特点低温浇注有利于内部组织致密，叶轮浇注温度我们一般控制在13600C-13800C。
max.book118.com 浇注
	用热电偶侧温枪测温，到浇注温时漏包嘴对准浇口杯，停止吹氩，打开包嘴，浇注铸型。
4  铸造工艺
4.1  据叶轮结构及材质特点，针对可能出现的问题确定以下工艺方案：
.1  线收率：叶轮收缩率确定为2.3%
max.book118.com  考虑到流道宽度及叶片扭曲度大，为了保证尺寸精度，叶轮流道泥芯采用：①组合式；②叶片采用消失模；
max.book118.com  造型采用普通分模造型，采用树脂自硬砂型；涂料用醇基高英粉涂料，刷2-3遍。
max.book118.com  厚大轴孔热节端面处和进口φ700端面处各放四个φ40园钢预埋件。预埋件的作用：①激冷；②便于加工时钻孔，
max.book118.com  叶轮上下肩部周围涂刷“液体冷铁”。
max.book118.com  轴孔泥芯用铬铁砂制作涂铝英粉涂料三遍，防止高温烧结“4”“5”“6”，确保厚大热节处φ130mm组织致密。
max.book118.com  浇注系统设计成封闭式，分上下二层注入横浇道，采用3 4环型、直横内浇道采用φ80、φ65和三通陶瓷浇道，直浇道下铺垫耐火砖，内浇道成切线方向进入。
max.book118.com  考虑至5个叶片，和盖权间形成热节，在五个叶片上放置5个φ200×500保温冒口，冒口根部放￠140陶瓷易割片。
max.book118.com  叶轮在铸型中应控制冷却到100℃以下开箱。
4.2  热处理。
max.book118.com  由于高铬铸铁导热性低，热膨胀系数大，加上铸态组织中含有大量网状碳化物，加热时很容易因应力而开裂，所以必须注意叶轮的入炉温度和加热速度。保温时间要使碳化物充分溶解于奥氏体体内。
max.book118.com  考虑到我公司对叶轮件不进行退火而直接加工后，淬火、回火、精车。其淬火、回火工艺如下：
1050~1100	10500C+20
850	150c/n                  风冷
650	60 c/n
	 50c/n
	300	2500C
	                                                                         3小时    	                                      空冷
3     6     14     17     20     22     26         32(34)
热处理在台车式电阻炉内进行。叶轮热处理后硬度平均值为60.3，ak达12.4J/CM2。（10×10×55mm无缺口试样）。
结束语
通过对ASP1050—700等叶轮的铸造，采用合理铸造工艺手段，经过几年来对高铬铸铁的生产组织、管理和质量检测，我们深感铸造过程和热处理过程的控制对叶轮等高铬铸件质量的影响及其重要。每一个参数都将对组织和性能产生影响。通过方方面面质量控制，我们成功地大量生产高铬铸铁过流件，特别是挖泥泵叶轮过流件，在上海、天津、武汉、等国内各大航运局使用效果特别良好，从这点看显示我厂高铬件具有较高实力和较强经验总结。

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