[发明专利]一种改善球墨铸铁材料组织和性能的铸造方法及由其铸造的铸件

说明书

本发明公开了一种改善球墨铸铁材料组织和性能的铸造方法，其包括步骤：A)金属型的设计：根据铸件的外形结构，设计制作随型的金属型，金属型材质与铸件材质的热导率和热容量近似，金属型壁厚与铸件壁厚之比为0.8～1.2:1；B)金属型和砂芯的预处理：将金属型进行预热，然后内壁均匀涂刷水基涂料；同时对预制的砂芯表面均匀涂刷醇基涂料；刷完涂料后合箱并通热风处理；C)铸件的铸造。本发明还公开了通过该方法铸造的铸件。本发明采用热导率和热容量大的金属型进行铸造，通过调整金属型壁厚来控制铸件的凝固过程，可有效调节铸件不同厚度部位的冷却速度，增大铸件整体的冷却速度，使铸件较快的冷却形成细晶，改善铸件的组织和性能。

技术领域

本发明属于铸造工艺技术领域，特别涉及一种改善球墨铸铁材料组织和性能的铸造方法及由其铸造的铸件。

背景技术

随着全球能源短缺和环境污染日益严重，风能因其绿色环保及可再生性的优势，已成为世界各国在能源利用方面研究发展的主要方向，逐渐受到世界各国的高度重视和大力支持。

风电铸件多数为超大、超厚的球墨铸铁件，其生产方法仍以传统的砂型铸造为主，存在着劳动强度大、原材料消耗多、铸件重量偏重、环境污染严重、机加工工作量大等问题。同时，对于厚大端面球墨铸铁件，砂型工艺生产的铸件凝固时间长，球化衰退严重，铸件心部石墨畸变，组织粗大，导致铸件力学性能急剧下降。实际生产中，为了加快铸件冷却，缩短凝固时间，一般采用冷铁作为激冷材料。但是从实际效果来看，冷铁尺寸(厚度)与铸件壁厚并非呈线性关系，易造成蓄热饱和，冷却能力有限，也不能保证心部的石墨形态；其次冷铁使用次数有限，需要在一定使用次数后更换新冷铁，增加生产成本，且当冷铁使用量较多时，也增加了造型时间和难度。

申请号CN200910059662，公开号CN101585075的国内专利“利用球墨铸铁制造风力发电机主轴的金属型覆砂铸造方法”中涉及到的金属型，在其表面增加覆砂层，厚度达80～100mm，相对于本专利，其浇注过程中有可能导致覆砂层脱落进入铁液，导致铸件夹杂缺陷，同时也会增加工序和生产成本；申请号CN200910201280，公开号CN101758208的国内专利“厚断面球墨铸铁件快速冷却的方法”中，其金属型设置了附加的水冷却装置，通过循环水冷却金属型，从而使铸件冷却，并未体现金属型本身促使铸件快速冷却的能力，且增加了操作难度。

发明内容

因此，针对现有技术中大型风电铸件冷却慢，组织和性能容易恶化的技术问题，本发明的目的在于提供一种改善球墨铸铁材料组织和性能的铸造方法，所述方法利用金属型进行铸造，金属型即外模为全金属的模具，具有高导热率，能够使铸件较快的冷却形成细晶，便于实现对模具温度在时间和部位上的调节控制，避免铸件组织和性能容易恶化，提升铸件性能。

本发明的改善球墨铸铁材料组织和性能的铸造方法包括步骤：

A)金属型的设计

根据铸件的外形结构，设计制作随型的金属型，金属型材质与铸件材质的热导率和热容量近似，金属型壁厚与铸件壁厚之比为0.8～1.2:1；

B)金属型和砂芯的预处理

将金属型进行预热，然后内壁均匀涂刷水基涂料，利用金属型预热温度烘干涂料；同时对预制的砂芯表面均匀涂刷醇基涂料，烘干；所述的水基涂料组分包括：锆英粉50～80wt％、水19～40wt％及辅料1～10％；刷完涂料后，金属型和砂芯合箱，再对金属型与砂芯之间的型腔进行热风处理；

C)铸件的铸造

(c1)将炉料在熔炼炉内进行熔炼，调整炉料配比控制元素C、Si至规定值；优选的，控制元素C含量为3.0～3.6wt％，Si含量为1.5～2.6wt％优选2.5～2.6wt％；

(c2)在浇包底部加入球化剂和覆盖孕育剂，混合均匀；然后将步骤c1熔炼的铁液倒进浇包，同时加入一次孕育剂；