CN102268589B

CN102268589B - 风电轮毂

Info

Publication number: CN102268589B
Application number: CN2011101751502A
Authority: CN
Inventors: 赵益锋; 张建中; 柯洪国; 詹善国; 陈国海
Original assignee: NINGBO RIXING CASTING CO Ltd
Current assignee: NINGBO RIXING CASTING CO Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: CN102268589A

Abstract

本发明公开一种风电轮毂，其特征在于：该风电轮毂由以下重量百分比的各组分组成：碳3.80﹪～3.90﹪，硅1.8﹪～2.3﹪，锰≤0.3%，磷≤0.02﹪，硫0.01%～0.015%，镁0.04﹪～0.06﹪，锡0.02%~0.08%，稀土0.015﹪～0.025%，余量为铁，碳当量控制在4.40～4.66。本发明具有无缩松、缩孔、夹杂、气孔、砂眼、砂孔等表面缺陷，制作成本低，且无需摆放冷铁仍能有效控制控制收缩和获得均衡凝固的优点。

Description

风电轮毂

技术领域

本发明涉及风力发电机机组技术领域，具体涉及一种风电轮毂。

背景技术

轮毂铸件是风力发电机机组中的大型、复杂件(如JF1500轮毂铸件，铸件牌号为：QT400-18AL，铸件重量为：7300kg，铸件外形最大尺寸为：2600×2300×1710mm)，是若干零部件的载体，是风电机组的关键部件，在运行中要适用复杂、多变的载荷使用。因此，要求极为苛刻，轮毂的质量是制约MW级以上风电发展的瓶颈之一。

而现有的轮毂铸件，由于组成元素的限制，造成铸件多会出现缩松、缩孔、夹杂、气孔、砂眼、砂孔等表面缺陷，严重影响轮毂的使用效果，且其中还使用锑等昂贵金属，因此，增加了制作成本；为了弥补组成元素的限制造成的缺陷，制作过程采取在轮毂的叶片安装面上放置冷铁用以控制收缩和获得定向凝固，但是大量冷铁的放置，由于是通过人工摆放，冷铁高低不平，不但对铸件的外观质量有很大影响，而且还会导致铸件重量也会有较大差别、影响使用效果。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种无缩松、缩孔、夹杂、气孔、砂眼、砂孔等表面缺陷，制作成本低，且无需摆放冷铁仍能有效控制控制收缩和获得均衡凝固的风电轮毂。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种风电轮毂，该风电轮毂由以下重量百分比的各组分组成：碳3.80％～3.90％，硅1.8％～2.3％，锰≤0.3％，磷≤0.02％，硫0.01％～0.015％，镁0.04％～0.06％，锡0.02％～0.08％，稀土0.015％～0.025％，余量为铁，碳当量控制在4.40～4.66。

作为优选，该风电轮毂由以下重量百分比的各组分组成：碳3.82％～3.88％，硅2.0％～2.2％，锰0.12～0.16％，磷0.005～0.015％，硫0.011％～0.014％，镁0.04％～0.05％，锡0.03％～0.06％，稀土0.016％～0.024％，余量为铁，碳当量控制在4.60～4.65。

本发明上述各种元素的选择遵循以下原理：

1)含C量的控制：尽量采用高的碳含量，因为，碳含量高有利于石墨的析出，实现铸铁件的自补缩(靠石墨膨胀自补缩)，防止缩松、缩孔的产生，根据轮毂铸件的壁厚尺寸，将原铁中的含C量控制在3.80％～3.90％之间。

2)含Si量的控制：不能采用高的含硅量，硅具有促进石墨化作用，能显著提高球墨铸铁铁素体含量的作用，但过高的终硅量会使球铁的脆性转变温度提高，每增加0.1％的含硅量会使铸件的低温脆性温度提高5℃～7℃。因此将轮毂铸件的终硅量控制在1.8％～2.3％的范围内。

3)含Mn量的控制：锰是促进碳化物形成的元素，且易产生偏析，也是反石墨化元素，对冲击韧性和脆性转变温度有不利的影响，锰是在残余铁液中富集的元素，在共晶团边界上，形成富锰的组织成分，最后以碳化物形式凝固，对力学性能极为有害，对于此轮毂铸件应将锰含量控制在≤0.3％以内。

4)含P量的控制：含磷量必须严格控制在≤0.02％，磷易产生偏析，磷共晶熔点低，凝固过程中保持液态，不断被共晶团排挤，最后在边界凝固，磷共晶能急剧恶化铸铁的力学性能，特别是对塑性和冲击韧性产生恶劣的影响。磷的主要来源是原材料(特别是新生铁)，因此要在原材料中控制磷的含量，避免含磷高的原料进厂。

5)含S量的控制：硫是反石墨化元素，它属于有害元素，铁液中硫与镁反应，则导致球化衰退，因此要加以控制。适当的含硫量可获得石墨球数多、石墨球形好、碳化物减少、缩孔倾向减弱的铸件。因此，硫必须控制在0.025％以下，球化处理后的硫含量控制在0.010％～0.015％之间。

6)碳当量应控制：碳当量控制在4.40～4.66之间(在不出现石墨漂浮的情况下碳当量尽量取上限)，有利于实现石墨膨胀自补缩，可得到内在质量键全的铸件。

7)残余镁和残余稀土量的控制：在保证球化的条件下，铁液的残余镁量应控制在0.04％～0.06％范围内(残余镁量过多会出现球片状石墨，而且产生夹渣“‘硅酸镁’一次渣”的倾向明显提高)。残余稀土量应控制在0.015％～0.025％范围内，当残余稀土量在0.050％或以上时，则抗拉强度、硬度就会随稀土的残余量的增加而直线下降，而少量的残余稀土能净化铁水和球化石墨。

8)锡元素添加的目的是为了增加石墨球数，细化石墨球，从而提高铸件的整体性能，如能有效控制收缩和获得均衡凝固，从而获得表面良好的铸件。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明通过熔炼过程中对各元素含量的严格控制，经球化处理、孕育处理后实际化学成分均控制在要求范围内，从而使得制备的风电轮毂无缩松、缩孔、夹杂、气孔、砂眼、砂孔等表面缺陷，且不添加价格昂贵的锑等金属、降低了制作成本；而且，由于各中元素用量和组分的合理搭配，使得该轮毂在制备过程不使用冷铁，从而节省劳动力损耗，并能充分保证铸件的外表完整性和使用效果。

2.本发明的风电轮毂，严格控制各组分含量，如碳当量的控制实现石墨膨胀自补缩，可得到内在质量键全的铸件；适当的含硫量获得石墨球数多、石墨球形好、碳化物减少、缩孔倾向减弱的铸件；硅促进石墨化作用、显著提高球墨铸铁铁素体含量，锡的加入可以细化晶粒，增加石墨球数，细化石墨球，从而提高铸件的整体性能；因此，制备出来的风电轮毂机械性能好，能适用复杂、多变的载荷使用。

附图说明

图1生产本发明风电轮毂的浇注装置俯视图结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图结构示意图。

图3生产本发明风电轮毂的浇注装置结构示意图。

如图所示：1.上直浇道，1.1.直浇口，2.孕育系统，3.中直浇道，4.横浇道，5.过滤装置，6.下直浇道，7.内浇道，8.冒口，9.扁出气，10.铸件。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

(1)模具制造：为了达到壁厚符合图纸要求，同时利于浇注时的凝固过程的可控，避免出现缩松、缩孔缺陷的产生，因此，我们的模具全部采用数控加工中心(行业常规技术)制造，保证铸件壁厚公差在2mm内，不出现人为的制造新热节圆；

(2)砂型制造；采用完全开放式底注式浇注系统，内浇道7设计成倒锥形20mm宽一圈披缝，上直浇道1上端的直浇口1.1采用定量包拔塞浇注口，在铸件10的最高点上摆放适量的扁出气9(长方形的出气孔，用于将铸型内的气体排出)，各组元比例为F_直∶F_横∶F_内(F_直上直浇道的总面积F_横横浇道的总截面积F_内内浇口的总截面积)＝1∶1.8∶27.2；将冒口8设在铸件上顶面的最高点，冒口总高度大于400mm；造型型砂采用呋喃树脂砂，砂型上无冷铁；为了充分利用球墨铸铁石墨膨胀自补缩这一特性，必须防止铸型退让和胀砂问题的出现，造型完成后进行气动微震紧实方法，提高铸型和泥芯的整体紧实度。

本发明上述的风电轮毂无冷铁加工方法，冒口数量及位置确定；根据此产品的结构特点，分析认为在上平面内孔Φ900尺寸放置冒口(图3所示)最为理想，采用传统的直径为Φ140的压边冒口，压边冒口压进铸件尺寸控制在20mm～25mm之间，冒口总高度必须大于400mm，因为球墨铸铁件液态收缩量大，所以必须用冒口进行液态补缩，还要保证压边冒口有足够的压力头，防止铸件内部产生缩松、缩孔等铸造缺陷，压边冒口也有排气、排渣作用。

(3)浇注成型，铁液的化学成分控制：碳3.80％(碳当量4.50)，硅2.14％，锰0.14％，磷0.02％，硫0.01％，镁0.040％，锡0.05％，稀土0.015％，铁液由直浇口1.1进入上直浇道流经孕育系统2，再经中直浇道3、横浇道4、过滤装置5过滤进入下直浇道6，再进入内浇道7，进入铸型型腔的浇注速度控制在0.8m/s，浇注时间控制在190秒，浇注温度设定在1305℃进行浇注成型。

实施例2

制备样品化学成分为：碳(碳当量控制在4.65)3.9％，硅2.3％，锰0.16％，磷0.015％，硫0.014％，镁0.05％，锡0.08％，稀土0.025％，制备方法同实施例1。

实施例3

制备样品化学成分为：碳(碳当量控制在4.65)3.85％，硅2.18％，锰0.15％，磷0.019％，硫0.013％，镁0.045％，锡0.075％，稀土量0.02％，余量为铁。

实施例2-3的制备方法同实施例1。

下表1为本发明实施例制备的样品的性能检测：

表1本发明实施例制备的样品的性能检测

表2本发明实施例制备的样品的外观性能检测

由上表1-2可知，本发明风电轮毂无冷铁加工方法制备的风电轮毂经UT、MT、尺寸检验和各项性能检测均符合要求，铸件表面无裂纹、渣孔、砂孔、砂眼、夹砂等。本发明在不使用冷铁、不用冒口或用小冒口的前提下，铸造出大功率风力发电机组用轮毂铸件，大大降低了劳动强度，提高了工艺出品率和生产效率，降低了生产成本，提高了铸件的内在质量和表面质量。

Claims

1.一种风电轮毂，其特征在于：该风电轮毂由以下重量百分比的各组分组成：碳3.82﹪～3.88﹪，硅2.0﹪～2.2﹪，锰0.12~0.16%，磷0.005~0.015﹪，硫0.011%～0.014%，镁0.04﹪～0.05﹪，锡0.03%~0.06%，稀土0.016﹪～0.024%，余量为铁，碳当量控制在4.60～4.65。