x型叶片铸造工艺实践

x型叶片铸造工艺实践

叶片是机器最重要的零件之一，对其性能和型线有严格的要求。x片（图1）是20世纪90年代末国外设计的新型混合叶片。与传统的混合曲线叶片（图2）在型线和性能上存在较大差异，且空间扭曲较大。目前X型叶已在国内得到了普遍应用,X型叶片的铸造难度较大,主要是叶片变形。近年来我单位接到很多X型叶片的订单,相对于常规形状叶片而言,针对X型叶片的铸造工艺进行实践的研究十分必要,对X型叶片的生产有很大的指导意义。图3为SF叶片的轮廓尺寸,SF为典型的X型叶片,本文以SF叶片的工艺生产实践为例,进行X型叶片的工艺探讨。1技术要求1.1u3000jb/t13-2002标准SF叶片的化学成分如表1所示,(执行JB/T10384-2002标准)。SF叶片的力学性能如表2所示,(执行JB/T10384-2002标准)。1.2区域执行情况无损探伤按照A609标准执行,UT检查区域为全部,如图4,其中Ⅰ、Ⅲ区域按1级执行;区域Ⅱ检查要求如下,在100mm×100mm方格内连续检查,从理论加工表面下30mm或1/3厚度(取最小值)为1级,其余内部为4级。2维实体细度正背面各放8mm加工余量,四周18mm加工余量,制作叶片三维实体,叶片毛重为660kg。造型方式采用平卧造型,垂直浇注方式,这样有利于冒口的集中补缩,叶片的顺序凝固可有效地减少叶片变形、氧化、缩孔和缩松等铸造缺陷的产生,铸件内部质量好。2.1冒口补缩能力验算根据叶片壁厚及冒口的补缩距离确定冒口数量为1个,长为500mm,宽为180mm,高度按照比例为500mm,冒口重量为500kg。利用模数法验证:式中:f为扩大系数(明冒口f≥1.2),MR为冒口模数,Mc为被补缩部分铸件模数。说明冒口尺寸比较合适;冒口最大补缩能力验算:式中:GCmax为被冒口补缩的铸件最大重量,GR为冒口重量,η为冒口补缩效率,ε为金属液的体收缩率(%)。明冒口η取14%,ZG06Cr13Ni4Mo材质ε取5.3,经计算得出GCmax=820kg,叶片毛坯重量GC为660kg,冒口补缩能力足够,说明选择冒口尺寸合适。2.2底注式浇注系统包孔选取尴50mm,直水口选取尴60mm,横水口选取50/60×50(mm),内水口为六道70/80×20(mm),采用底注式浇注系统,如图5,即从叶片的出水边(薄边)进水,保证金属液平稳进入型腔,开放式浇注系统有助于型腔内气体排出;同时采用缓冲式浇注系统,在保证钢液在铸型内具有一定的上升速度的同时,使钢液能够平稳上升,防止产生紊流,消除局部过热,改善补缩条件。2.3模拟叶片应力分析由于叶片铸件在凝固过程和热处理过程中,其边角区域容易发生翘曲变形行为,特别是X型叶片翘曲变形更为严重,因此我们利用模拟软件对叶片进行应力分析和预判(图6)。从图6可以看出A点为负量在7mm左右,B点为正量在5mm,C点为负量在7mm左右,D点为正量在5mm左右,考虑热处理会使变形量增大,所以A、C两点正面增加反变形量12mm,B、D两点背面增加反变形量10mm,反变形面积根据模拟所示。3叶片的凝固与凝固对叶片最终工艺进行温度场模拟,凝固完毕的模拟结果显示如图7,图7a为SF叶片整体的温度场分布,可以看出整个叶片基本为顺序凝固,冒口部位为最后凝固。图7b为叶片内部凝固过程中的疏松分布,可以看出疏松都集中分布在冒口区域内和浇道部位,铸件本体内无疏松出现,铸件内在质量良好,表明此工艺可行。4叶片木模测量根据工艺数据进行木模制作,缩尺采用2%,木模制作完毕后,利用SOLO型光学三坐标测量仪对叶片的木模进行三维测量,以保证木模尺寸精度。木模型线测量结果如图8,从图8a、8b结果看叶片正背面型线合格,个别尖点余量偏大,但考虑造型等因素,可以接受。5u2004钢液c含量对c含量的要求采用电弧炉和AOD氩氧精炼炉双联熔炼法熔炼,为了保证铸件的耐蚀性和耐磨性,钢液中的C含量要求控制到0.06%以下,并对杂质含量P、S等也要严格控制,结果见表3。6清整磨削、热处理为防止叶片变形,叶片在300℃以下打箱;为了防止铸件产生裂纹,在铸件温度不低于200℃时趁热切割冒口。落砂后对铸件进行清整打磨、热处理。由于该叶片较小,为减小叶片在热处理中的变形,热处理前将3件叶片组焊到一起。装炉时叶片的进水边(厚边)向下摆放,热处理工艺如图9所示。装炉时铸件底部不要直接和炉底板接触,升温速度不能大于70℃/h,炉内各部位温差不能大于5℃,不能叠压铸件,严防人为造成叶片变形。7叶片无损探伤检测(1)叶片型线的三维测量利用三坐标测量仪对热处理后的SF叶片进行型线测量,结果如图10,叶片冒口部位余量偏大,其余能够满足加工要求。(2)叶片的无损检测叶片无损探伤按照A609标准执行,UT检查各区域符合标准要求。(3)叶片的性能检测对附铸试块的力学性能检测结果也完全符合客户要求(见表4),附铸试块取自铸件本体,位于叶片的下环边一侧,每个叶片上带3个本体试块,随同铸件一起浇注而成,并随炉热处理。8铸造模拟技术(1)采用本工艺方案铸造的叶片,叶片的加工余量和内部质量均达到了设计要求,