CN101776539A - 一种球墨铸铁碳量精确定量的取样装置及取样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，本发明还公开了一种应用球墨铸铁碳量精确定量的取样装置进行取样的方法。按照本发明提供的技术方案，所述球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，它包括取样底座与取样手柄，在取样底座上开设有取样凹腔，所述取样凹腔的壁面为球冠面，取样手柄包括操作手柄与取样球，取样球连接在操作手柄的底端部，所述取样球的直径与取样凹腔的直径相同。利用本装置后，可以提高检测碳含量的精度，方便操作，并且有助于减少铸件的缩松倾向。

Description

一种球墨铸铁碳量精确定量的取样装置及取样方法
技术领域
本发明公开了一种球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，本发明还公开了一种应用球墨铸铁碳量精确定量的取样装置进行取样的方法。
背景技术
风电铸件安装在几十米甚至百米高空，工作温度低，有些地区的工作温度在-20℃到-40℃，对材料的性能要求高，要求在-20℃或-40℃时有较高的低温冲击韧性，并要求严格的超声波和磁粉无损探伤。
铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现缩松和缩孔。对于球墨铸铁件而言，由于其凝固方式为糊状凝固，不易得到铁液的后续补充，更易产生缩松和缩孔缺陷。但由于球墨铸铁在凝固过程析出石墨，会产生石墨化膨胀，能够抵消部分凝固收缩。一般球墨铸铁的w(C)量为3.6％～3.9％，w(Si)量为1.8％～3.0％。由于风电铸件具有上述特点，在化学成分设计时选取w(C)量偏上限，w(Si)量偏下限。为了减少或消除球墨铸铁件的缩松和缩孔缺陷，希望球墨铸铁中含碳量尽可能高，凝固过程析出的石墨尽量多而细小，但如果含碳量过高，会出现严重的石墨漂浮而导致报废。球墨铸铁件的健全程度与其碳当量(CE)密切相关，CE％＝C％+1/3(Si+P)％，为了防止产生石墨漂浮，应对CE进行严格控制，例如对于厚大断面的球墨铸铁件，CE的上限应控制在4.3％～4.4％。为此，球墨铸铁碳量的精确定量就显得十分重要。
铸铁中的碳可以石墨或渗碳体两种独立相的形式存在，在实际生产中，石墨和渗碳体往往会同时出现在一个铸件中。石墨在铸铁中存在的形式多种多样，有片状和球状等多种形式。当我们按照常规化学分析取样方式对铸铁进行钻屑取样时，因渗碳体为铁与碳的化合物Fe3C，与基体组织的结合比较牢固，不易脱落，而球状石墨则最容易从基体上剥落下来。由于石墨较轻，易被吹散到空气中，而且石墨易吸附在钻屑取样的工具和取样袋上，从而导致常规钻屑取样的碳量分析结果总是比球墨铸铁中实际的含碳量低。由于每包铁水的化学成分不可能完全一致，其球化处理和孕育处理的效果也不会一样，使得凝固以后的石墨球数和大小也会各不相同，这些因素都会影响到钻屑取样时石墨损耗量的波动，因此，仅仅根据上述钻屑取样方式进行化学分析得到的碳量结果难以判断球墨铸铁件的真实含碳量。采用直读光谱分析法分析碳量的数据也不稳定，重复性较差。采用热分析计算法得到的数据稳定性虽然比直读光谱分析法好些，但由于Si、P的数据仍来自于直读光谱分析法，仍然有一定的波动性，使得在熔炼生产时无法将球墨铸铁的碳当量稳定地控制在许可范围的上限。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种球墨铸铁碳量
本发明的另一目的是提供一种使用球墨铸铁碳量精确定量的取样装置的取样方法。
按照本发明提供的技术方案，所述球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，它包括取样底座与取样手柄，在取样底座上开设有取样凹腔，所述取样凹腔的壁面为球冠面，取样手柄包括操作手柄与取样球，取样球连接在操作手柄的底端部，所述取样球的直径与取样凹腔的直径相同。
所述取样凹腔的球径为280～320mm，取样凹腔的口沿直径为130～170mm。
上述取样装置的取样方法包含如下步骤：
a、用铁水取样勺取出经过球化和孕育处理后的温度为1350～1380℃的球墨铸铁铁水；
b、将铁水取样勺取出的铁水倒入取样凹腔内，握住操作手柄，将取样球用力挤压取样凹腔内的铁水并保持挤压状态4～8秒，保压后移开取样手柄，在取样凹腔内形成0.8～1.5mm的白口片；
c、将留在凹形球冠面内的白口片取出，待白口片冷却至20～25℃，将白口片送检。
本发明的优点是：利用本装置后，可以提高检测碳含量的精度，方便操作，并且有助于减少铸件的缩松倾向。
附图说明
图1是本发明取样装置的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：该球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，它包括取样底座1与取样手柄2，在取样底座1上开设有取样凹腔1.1，所述取样凹腔1.1的壁面为球冠面，取样手柄2包括操作手柄2.1与取样球2.2，取样球2.2连接在操作手柄2.1的底端部，所述取样球2.2的直径与取样凹腔1.1的直径相同。
所述取样凹腔1.1的球径为280～320mm，取样凹腔1.1的口沿直径为130～170mm。
使用上述取样装置的取样方法包含如下步骤：
a、用铁水取样勺取出经过球化和孕育处理后的温度为1350～1380℃的球墨铸铁铁水；
b、将铁水取样勺取出的铁水倒入取样凹腔1.1内，握住操作手柄2.1，将取样球2.2用力挤压取样凹腔1.1内的铁水并保持挤压状态4～8秒，保压后移开取样手柄2，在取样凹腔1.1内形成0.8～1.5mm的白口片；
c、将留在凹形球冠面内的白口片取出，待白口片冷却至20～25℃，将白口片并送检。
现每月生产2000T球墨铸铁件，主要生产1～3MW风力发电机用关键零部件：轮毂、底座和轴承座等，由于轮毂、底座和轴承座工作环境恶劣，需要承受巨大的动载荷和静载荷，要求使用寿命达二十年以上。因此，对轮毂、底座和轴承座等铸件的内在组织致密性要求非常高，全部区域需做UT(超声波无损检测)，对缩松和缩孔的UT检测结果需达到标准EN DIN12680-3的2级(重要区域)和3级(一般区域)要求。
三菱长崎2.4MW风电铸件轮毂单重为12吨，底座单重为17吨。2008年10～12月共生产8套，采用背景技术描述的钻屑取样方法取样出来的样品碳含量分析结果的波动达0.15％。采用背景技术描述的采用直读光谱分析法取样出来的样品碳含量分析碳量进行炉前原铁水碳量控制，发现数据也不稳定，重复性差，碳含量分析结果波动达0.08％。而改用热分析计算法得到的数据稳定性虽然比直读光谱分析法好些，但由于Si、P的数据仍来自于直读光谱分析法，仍然有一定的波动性，碳含量分析结果波动达0.05％，使得在熔炼生产时无法将球墨铸铁的碳当量稳定地控制在许可范围的上限。铸件经超声波无损检测，合格率仅80％。
2009年1～9月共生产48套12吨重的三菱长崎2.4MW风电铸件的轮毂及17吨重的底座，改用本发明的取样装置及取样方法进行碳量分析和控制。生产实践表明，采用本取样方法可得到厚度为0.8～1.5mm、表面无渣和空洞的白口片试样，满足化学分析的需要，并可稳定地分析出球墨铸铁中的含碳量，碳含量分析结果波动仅为0.02％，为熔炼生产时化学成分控制提供准确的依据，在综合考虑各种相关因素情况下，最大限度地利用石墨化膨胀来抵消部分凝固收缩，减少甚至消除球墨铸铁件产生缩松和缩孔缺陷。本发明的取样装置及取样方法进行碳量分析和控制后，铸造出来的轮毂及底座通过超声波无损检测的合格率提高到95％，其余5％的不合格程度也在客户可以让步接收的范围内。

Claims (3)

1.一种球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，包括取样底座(1)与取样手柄(2)，其特征是：在取样底座(1)上开设有取样凹腔(1.1)，所述取样凹腔(1.1)的壁面为球冠面，取样手柄(2)包括操作手柄(2.1)与取样球(2.2)，取样球(2.2)连接在操作手柄(2.1)的底端部，所述取样球(2.2)的直径与取样凹腔(1.1)的直径相同。
2.如权利要求1所述的球墨铸铁碳量精确定量的取样装置，其特征是：所述取样凹腔(1.1)的球径为280～320mm，取样凹腔(1.1)的口沿直径为130～170mm。
3.权利要求1所述取样装置的取样方法包含如下步骤：
a、用铁水取样勺取出经过球化和孕育处理后的温度为1350～1380℃的球墨铸铁铁水；
b、将铁水取样勺取出的铁水倒入取样凹腔(1.1)内，握住操作手柄(2.1)，将取样球(2.2)用力挤压取样凹腔(1.1)内的铁水并保持挤压状态4～8秒，保压后移开取样手柄(2)，在取样凹腔(1.1)内形成0.8～1.5mm的白口片；
c、将留在凹形球冠面内的白口片取出，待白口片冷却至20～25℃，将白口片送检。
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