【摘要】：隨著風(fēng)電機組不斷大型化,風(fēng)機用底座、輪轂等球墨鑄鐵部件壁厚持續(xù)增加,高效風(fēng)電用球鐵件某些部位的厚度達(dá)到了300~500mm;由于厚大斷面冷卻速度慢、凝固時間長,厚大部位的孕育衰退較為嚴(yán)重,從而影響這些部位的組織和性能。同時,海上風(fēng)電機組用球墨鑄鐵件,在鹽霧環(huán)境中點蝕傾向很大,形成點蝕后也會嚴(yán)重影響部件的使用壽命。本文針對高效風(fēng)電用球墨鑄鐵件,通過研究澆鑄溫度、冷卻條件和熱處理工藝等對大斷面球墨鑄鐵組織與性能的影響,獲得了制備高強度、高韌性大斷面球鐵的最佳工藝;研究了不同組織的球墨鑄鐵在氯離子環(huán)境中的耐蝕性,得出海上風(fēng)電用球鐵部件的腐蝕規(guī)律,并揭示其腐蝕機理。研究了澆鑄溫度對高效風(fēng)電用球鐵組織與性能的影響,研究表明,隨著澆注溫度的下降,薄弱區(qū)性能顯著提升。1380℃時,球墨鑄鐵薄弱區(qū)的球化級別為3級,石墨球大小級別為5級,珠光體含量15%以上,且含有大量的球化元素偏析所致的夾雜;平均抗拉強度為333.3MPa,斷后伸長率為15.9%,-20℃平均低溫沖擊韌度為7.8J。而澆注溫度為1320℃時,該位置球化級別為1級,石墨球大小級別為7級,提高了2個等級,珠光體含量降低到10%以內(nèi),夾雜明顯被消除,僅薄弱區(qū)含有極少量夾雜;平均抗拉強度為356.4MPa,提高了7.0%,伸長率為24.0%,提高了51.0%,-20℃平均低溫沖擊韌度為9.1J,提高了16.0%。研究了冷卻條件對高效風(fēng)電用球鐵組織與性能的影響,結(jié)果顯示,鑄型內(nèi)外表面加厚度為1/3左右鑄件壁厚的冷鐵后,進(jìn)一步優(yōu)化了球墨鑄鐵的組織和性能。鑄件表面附近的球化等級達(dá)到了最高級別1級,石墨球大小級別達(dá)到了最細(xì)小的8級,鐵素體含量高于98.0%,極大改善了球鐵的組織。加冷鐵后,球鐵試塊表面抗拉強度達(dá)到了407.0MPa,未加冷鐵時僅為373.0MPa,提高了9.1%;各部分的伸長率均有所提高,越靠近鑄件表面,伸長率提高越顯著,加冷鐵時試塊表面伸長率為26.0%,未加冷鐵時僅為11.4%,提高了128.1%;各部分-20℃低溫沖擊韌度均有了較大提高,心部組織的平均低溫沖擊韌度改善作用最顯著,無冷鐵冷卻方案心部的平均沖擊韌度為6.3J,有冷鐵冷卻方案心部的平均沖擊韌度為15.0J,提高了137.0%。研究了石墨化退火工藝對高效風(fēng)電用球墨鑄鐵組織與性能的影響。試驗表明,經(jīng)過低溫石墨化退火后,珠光體減少,球化率和球化等級明顯提高;高溫一階段退火后,球鐵含有大量的珠光體,球化率與球化等級較低,而兩階段石墨化退火后,球鐵的組織以鐵素體為主,珠光體較少,球化率和球化等級較高。綜合主要力學(xué)參數(shù)評價,低溫石墨化退火最佳工藝是740℃×6h,得到的球墨鑄鐵平均抗拉強度為364.9MPa,退火前為340.6MPa,提高了7.1%,-20℃平均沖擊韌性最高13.3J,退火前僅為8.3J,提高了59.7%;高溫石墨化最佳工藝是920℃×2h+740℃×5h,得到的球墨鑄鐵平均抗拉強度為379.0MPa,提高了11.3%,-20℃平均低溫韌性為12.0J,提高了44.1%。研究了球墨鑄鐵在Cl~-環(huán)境中的腐蝕規(guī)律。分析得出,當(dāng)基體組織相同,石墨球徑越大耐蝕性越好;當(dāng)石墨球大小等級,球化率相似時,球鐵組織中鐵素體含量越多,則耐蝕性越好,隨著珠光體含量的增加,其耐海水腐蝕性減弱;而隨著殘余奧氏體含量增多,其耐蝕性有所增強。石墨球與基體分界處的基體組織腐蝕最為嚴(yán)重,逐漸向周圍擴展;石墨球分布不均勻時,石墨球聚集處為最易發(fā)生腐蝕的區(qū)域。
【圖文】：

背景的風(fēng)能資源比較豐沛，充分利用可以部分彌補能源供應(yīng)的缺口。未來發(fā) 5~10MW 高效風(fēng)力發(fā)電機組，尤其受到關(guān)注的兩個方面是風(fēng)力發(fā)上化。而風(fēng)電機組中的關(guān)鍵性部件大多是球墨鑄鐵材料，如輪轂、承座等構(gòu)件。由于輪轂、底座、軸承座等構(gòu)件的斷面持續(xù)增大，在鑄量散發(fā)不均勻而導(dǎo)致鑄件內(nèi)部的組織和性能發(fā)生變化，，使產(chǎn)品的質(zhì)量的組織缺陷有石墨球數(shù)量減少、球體粗大、石墨球畸變率高等[1]。風(fēng)劣，常年在高達(dá)幾十米至一百多米的高空運行，有的鑄件要求能夠境下服役 20 年[2]。因此風(fēng)電設(shè)備上使用的球墨鑄鐵不同于普通鑄鐵度和低溫韌性。與普通球墨鑄鐵件相比，風(fēng)電用球墨鑄鐵件的成分控化孕育處理工藝等方面都具有其獨特性與復(fù)雜性[3]。如圖 1-1 為一些件。a b

圖 1-2 2002~2016 我國球墨鑄鐵件產(chǎn)量增長情況用球墨鑄鐵的組織與性能特征鑄鐵組織的形成形核與生長形核分為均勻形核和異質(zhì)形核[6]。石墨從鐵液中形核可以長大成石墨生長的其中一種模式，球狀晶的生長理論是石墨成球機制的球狀生長必須符合以下條件：量輻射對稱的小角度分叉大量的小角度分叉，石墨晶體必須存在大量的空位，因為空位產(chǎn)長方向[8]。從晶體學(xué)角度來說, 石墨基面的開裂及其扇狀非晶體錯位的基礎(chǔ)[9]。強烈的過冷可使晶格空位增多。具有規(guī)則分叉特性
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG255;TM315

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本文編號：2606988