一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法
【專利摘要】一種水輪葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特點是：根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸確定葉片壓坯外形輪廓，制作電渣熔鑄葉片壓坯結(jié)晶器、自耗電極，通過優(yōu)化電渣熔鑄工藝參數(shù)、防裂紋熱處理工藝，最終制備出合格的電渣熔鑄水輪機葉片壓坯。本發(fā)明可解決目前水輪機葉片壓坯的不足，為熱模壓水輪機葉片提供近凈成形壓坯制造技術(shù)，所生產(chǎn)的葉片壓坯材料純凈度高，化學(xué)成分均勻、組織致密、無疏松、無夾渣和縮孔等缺陷，具有良好的力學(xué)性能、較高抗疲勞性能、較高抗裂紋生成和擴展性能，可達到同材質(zhì)鍛件的力學(xué)性能和探傷指標要求。
【專利說明】一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到三維曲面壓坯制造工藝，特別提供一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著大中型水輪發(fā)電機組對高質(zhì)量水輪機葉片的需求，國內(nèi)外部分企業(yè)開始采用熱模壓成型方法生產(chǎn)水輪機葉片，生產(chǎn)的水輪機葉片避免了砂型鑄造葉片缺點，又具有產(chǎn)品質(zhì)量高、工期相對較短且不破壞金屬流線等優(yōu)點，因而這種方法在國內(nèi)外水輪機制造業(yè)中受到一定重視。作為制備水輪機熱模壓葉片的原料，模壓壓坯的質(zhì)量及外形尺寸對葉片的性能、后期加工量及生產(chǎn)成本影響很大。
[0003]目前，常用的模壓葉片壓坯通常有2種結(jié)構(gòu)，即鑄造壓坯和等厚鋼板壓坯。鑄造壓坯成型工藝簡單，壓坯背面可直接鑄造成葉片展開圖要求的空間曲面，壓坯加工工作量較小，但由于鑄造工藝本身限制，鑄造壓坯的內(nèi)在質(zhì)量低，常規(guī)鑄造缺陷不可避免，壓坯質(zhì)量較差，且鑄造壓坯焊補和鏟磨修正工作量較大，生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)效率低；等厚鋼板是目前模壓葉片較常用的壓坯結(jié)構(gòu)型式，鋼板內(nèi)部質(zhì)量較好，缺陷少。但對于制造葉片曲率和厚度變化較大的葉片(如“X”型葉片)來說，由于鋼板壓坯為等厚板，造成鋼板壓坯的材料利用率低；葉片壓坯背面呈空間曲面，且余量差異很大，后期加工量大，大大增加了生產(chǎn)成本，制約了水輪機葉片熱模壓技術(shù)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有熱模壓水輪機葉片壓坯的不足，本發(fā)明提供了一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，能大幅提高葉片壓坯的材料利用率、減小加工量、縮短加工工期，且葉片質(zhì)量得到提高，特別是具有較高抗疲勞性能、較高抗裂紋生成和擴展性能，能滿足同材質(zhì)鍛造毛坯力學(xué)性能要求。
[0005]本發(fā)明提供了一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸制作電渣熔鑄葉片壓坯結(jié)晶器、自耗電極，通過優(yōu)化電渣熔鑄工藝、防裂紋熱處理工藝，最終制備出合格的電渣熔鑄葉片壓坯，其特征在于，所述電渣熔鑄工藝具體步驟如下:
[0006](I)、渣系與渣量控制:考慮葉片壓坯凝固特性與化學(xué)成分的變化，合理選擇電渣熔鑄渣系，其主要成分為質(zhì)量百分比=CaF2:55?65%、Al2O3:25?35%，根據(jù)實際合金精煉要求加入MgO、CaO構(gòu)成多元渣系，其加入量不高于渣系總質(zhì)量的15%，渣層厚度一般為結(jié)晶器等效直徑的40?60% ;
[0007](2)、起弧過程:采用固渣或液渣起弧，起弧料化學(xué)成分質(zhì)量百分比為=T12:40?55%, CaF2:40?58%、MgO:2?5% ;當(dāng)采用固渣起弧時，在電極與底水箱之間放置一個信號檢測裝置，通過檢測電極與起弧料接觸瞬間，電極與底水箱之間電位變化，可檢測出自耗電極是否已壓緊并與水冷底板相連接，對電極下降速度進行控制，保證起弧料不被壓碎或頂偏，最終實現(xiàn)電渣熔鑄過程平穩(wěn)起??；采用該裝置進行固渣起弧時，一次起弧成功率在98%以上。
[0008](3)、供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝來確定熔鑄功率、電壓、電流等各個相應(yīng)電參數(shù)，熔鑄過程中注意保持電壓和電流的穩(wěn)定。其中電壓控制在50?110V、電流控制在5500?18000A ；
[0009](4)、補縮:針對葉片壓坯這類大寬厚比異形件，采用一種間斷補縮方式進行補縮，【具體實施方式】如下:補縮期內(nèi)，首先在3?8分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持2?5分鐘；再將最小補縮電流在2?5分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的70?90%，如此反復(fù)5?8次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的70?90%，最后I次減小到零。
[0010]本發(fā)明所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:利用有限元分析軟件，對水輪機葉片進行三維智能展開，將水輪機葉片展成正面為平面、背面為曲面的葉片模壓壓坯，結(jié)合輸出的葉片展開圖對照葉片尺寸圖加以修正，并最終確定電渣熔鑄壓坯毛坯尺寸。具體為:首先將整個葉片模型劃分成數(shù)千個有限元網(wǎng)格，將各個單元標記標號；將標識完的葉片在虛擬模具內(nèi)壓型，利用點跟蹤方法進行葉片的初步展開。計算葉片正面對應(yīng)點的真實厚度，將真實厚度映射到展開葉片正面，從而生成展平葉片背面。再把初步展開后的葉片放入虛擬模具內(nèi)，施加溫度場及其它邊界條件后進行二次壓型，最后將輸出的葉片展開圖對照葉片尺寸圖加以修正。
[0011]本發(fā)明所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:結(jié)晶器選擇:根據(jù)展開的葉片模壓壓坯外形尺寸，制作電渣熔鑄葉片壓坯分體組合式結(jié)晶器，所制作的分體組合式結(jié)晶器材質(zhì)為全鋁或銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，全鋁結(jié)晶器材質(zhì)為ZL114A，結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為25?40mm，結(jié)晶器內(nèi)腔為鑄造成形方法制備；銅鋼焊接結(jié)晶器是以結(jié)晶器外腔及筋板為碳鋼板，結(jié)晶器內(nèi)腔為紫銅板，且結(jié)晶器可分體拆卸、維修，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為15?35mm，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0012]本發(fā)明所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:所用自耗電極為砂型鑄造電極和鋼板拼焊電極2類，結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.3?0.45。
[0013]葉片壓坯由于在水冷金屬型中凝固成形，內(nèi)應(yīng)力比較大，應(yīng)及時進行防裂紋熱處理，否則易產(chǎn)生裂紋。本發(fā)明所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于，葉片壓坯防裂紋熱處理工藝為:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到800?900°C，保溫4?6小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0014]本發(fā)明所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:所述的水輪機葉片壓坯合金包括:合金鋼20SiMn ;低碳馬氏體不銹鋼06Crl3Ni4Mo、06Crl3Ni5Mo或06Crl6Ni5Mo ;超低碳馬氏體不銹鋼 04Crl3Ni4Mo、04Crl3Ni5Mo。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的優(yōu)點如下:
[0016](I)電渣熔鑄是一種集二次精煉提純、凝固成形于一體的特種鑄造工藝，通過調(diào)整熔渣配比、優(yōu)化電渣熔鑄工藝，可以進一步去除自耗電極中的夾雜物并改變其分布形態(tài)，降低葉片壓坯中的P、S等有害元素和N、H、O等氣體含量，提高了材料的純凈度。
[0017](2)鑄件在結(jié)晶器中凝固，冷卻速度快、固液前沿結(jié)晶溫度梯度大，由于鑄件快速凝固，鑄件組織致密。金屬型結(jié)晶器尺寸精度高、變形小，因而鑄件表面光潔、加工余量小，使葉片壓坯達到近凈成形目的。
[0018](3)電渣熔鑄近凈成形葉片壓坯可達到同材質(zhì)鍛件的力學(xué)性能和探傷指標要求，化學(xué)成分均勻、組織致密、枝晶細化、顯微偏析小、無疏松、縮孔等缺陷，夾雜物呈彌散分布，疲勞壽命優(yōu)于爐外精煉鋼，又有鍛件所不具備的各向同性的優(yōu)點，同時具有較高抗疲勞性能及較高抗裂紋生成和擴展性能。
[0019](4)金屬型結(jié)晶器替代了砂型、粘結(jié)劑和涂料等大量的非金屬造型材料，使得固體廢棄物排放減小，減少了對環(huán)境的污染，實現(xiàn)了綠色制造。另外，由于金屬型結(jié)晶器可重復(fù)多次使用，特別在生產(chǎn)大寬厚比葉片壓坯時，生產(chǎn)流程短，節(jié)約了生產(chǎn)成本和時間。

【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]選取材質(zhì)為06Crl3Ni5Mo的馬氏體不銹鋼葉片，制備電渣熔鑄葉片壓坯。
[0022](I)利用有限元分析軟件，對水輪機葉片進行三維智能展開，將水輪機葉片展成正面為平面、背面為曲面的葉片模壓壓坯，確定葉片壓坯的外輪廓尺寸，長度約350mm，最大寬為220mm,最大厚度為65mm,最小厚度為13mm。
[0023](2)結(jié)晶器的選擇，銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，內(nèi)腔為紫銅板的結(jié)晶器，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為33_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0024](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.33，制備的自耗電極為砂型鑄造隨形電極。
[0025](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0026]①渣系與渣量配比，CaF2:65%, Al2O3:25%, MgO:3%, CaO:7%，渣量重量為葉片壓坯重量的8.5%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的45%。
[0027]②采用固渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:55%, CaF2:50%、MgO:5% ;在電極與底水箱之間放置一個信號檢測裝置，通過檢測電極與起弧料接觸瞬間，電極與底水箱之間電位變化，檢測出自耗電極已壓緊并與水冷底板相連接，通過對電極下降速度進行控制，起弧料未被壓碎或頂偏，最終固渣起弧成功率100%
[0028]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓55V、電流為6500A。
[0029]④補縮期內(nèi)，首先在6分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持4分鐘；再將最小補縮電流在4分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的75%，反復(fù)6次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的75%，最后I次減小到零。
[0030](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝，將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到870°C，保溫5小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0031]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:c:0.048 %、Si:0.58%, Mn:0.95 %、P:0.035%, S:0.025 %、Cr:12.5
Ni:4.83 %, Mo:0.59 %, Cu:0.24 %, V:0.05 %, W:0.09 %, N:0.015%, H:0.0003 0:0.0076%，余量為 Fe。
[0032]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/610Mpa，Rm/805Mpa, A/24 %, Z/49 %,KV2/137 J ο
[0033]對比實施例2選取不同電渣熔鑄工藝制備了同實施例2 —樣的葉片，相應(yīng)工藝如下:
[0034](I)渣系與渣量配比，CaF2:65%、Α1203:25%、Mg0:3%、Ca0:7%，渣量重量為葉片壓坯重量的8.5%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的45%。
[0035](2)結(jié)晶器的選擇，銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，內(nèi)腔為紫銅板的結(jié)晶器，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為35_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0036](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.46，制備的自耗電極為砂型鑄造隨形電極。
[0037](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0038]①渣系與渣量配比，CaF2:65%, Al2O3:25%, MgO:3%, CaO:7%，渣量重量為葉片壓坯重量的8.5%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的45%。
[0039]②采用液渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:45%, CaF2:53%、MgO:2%。
[0040]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓45V、電流為4500A。
[0041]④補縮期內(nèi)，首先在2分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持6分鐘；再將最小補縮電流在3分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的60%，反復(fù)3次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的60%，最后I次減小到零。
[0042](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝，將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到700°C，保溫2小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0043]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:c:0.041 %、Si:0.58 %、Mn:0.95 %、P:0.035%, S:0.025 %、Cr:12.5 %、Ni:4.83 %, Mo:0.59 %, Cu:0.24 %, V:0.05 %, W:0.09 %, N:0.018%, H:0.0004 0:0.0083%，余量為 Fe。
[0044]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/550Mpa，Rm/732Mpa, A/14%, Z/33%,KV2/76J。
[0045]通過對比兩種不同工藝下的06Crl3Ni5Mo馬氏體不銹鋼葉片壓還化學(xué)成分及力學(xué)性能可知，選用本發(fā)明所述電渣熔鑄工藝參數(shù)制備的葉片壓坯化學(xué)成分及力學(xué)性能達到并高于GB/T6967-2009要求，而當(dāng)選取的電渣熔鑄工藝參數(shù)在本發(fā)明所述方案外時，葉片壓坯的材料純凈度變差，且力學(xué)性能較差，部分指標不能滿足GB/T6967-2009要求。
[0046]實施例2:
[0047]選取材質(zhì)為06Crl3Ni4Mo的馬氏體不銹鋼葉片，制備電渣熔鑄葉片壓坯。
[0048](I)利用有限元分析軟件，對水輪機葉片進行三維智能展開，將水輪機葉片展成正面為平面、背面為曲面的葉片模壓壓坯，確定葉片壓坯的外輪廓尺寸，長度約500mm，最大寬為300mm,最大厚度為80mm,最小厚度為15mm。
[0049](2)結(jié)晶器的選擇，銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為20_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0050](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.3，制備的自耗電極為砂型鑄造隨形電極。
[0051](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0052]①渣系與渣量配比，CaF2:65%, Al2O3:30%, MgO:3%, CaO:2%，渣量重量為葉片壓坯重量的8 %，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的40 %。
[0053]②采用固渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:45%, CaF2:53%, MgO:2% ;在電極與底水箱之間放置一個信號檢測裝置，通過檢測電極與起弧料接觸瞬間，電極與底水箱之間電位變化，檢測出自耗電極已壓緊并與水冷底板相連接，再對電極下降速度進行控制，起弧料未被壓碎或頂偏，最終固渣起弧成功率100%。
[0054]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓60V、電流為7500A。
[0055]④補縮期內(nèi)，首先在4分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持3分鐘；再將最小補縮電流在2分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的70%，反復(fù)5次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的70%，最后I次減小到零。
[0056](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到850°C，保溫4小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0057]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:c:0.05%, Si:0.55%, Mn:0.9%, P:0.0.03%, S:0.021%, Cr:11.5%, Ni:
3.8%,Mo:0.6%,Cu:0.19%,V:0.19%,W:0.05%,N:0.012%,H:0.0001%,0:0.0075%,
余量為Fe。
[0058]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/600Mpa，Rm/825Mpa, A/25 %, Z/60 %,KV2/105Jo
[0059]實施例3:
[0060]選取材質(zhì)為06Crl6Ni5Mo的馬氏體不銹鋼葉片，制備電渣熔鑄X形葉片壓坯。
[0061](I)根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸，確定葉片壓坯的外輪廓尺寸，葉片長度約800mm,最大寬為500mm,最大厚度為150mm,最小厚度30mm。
[0062](2)結(jié)晶器的選擇，全鋁合金分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為30_，結(jié)晶器內(nèi)腔為鑄造成形方法制備
[0063](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.41，制備的自耗電極為鋼板拼焊電極。
[0064](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0065]①渣系與渣量配比，CaF2:58%, Al2O3:34%, MgO:6%, CaO:2%，渣量重量為葉片壓坯重量的12%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的51%。
[0066]②采用液渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:48%, CaF2:50%、MgO:2%。
[0067]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓80V、電流為9600A。
[0068]④補縮期內(nèi)，首先在6分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持3分鐘；再將最小補縮電流在5分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的80%，反復(fù)7次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的80%，最后I次減小到零。
[0069](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到880°C，保溫4.5小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0070]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:c:0.042 %、Si:0.53%, Mn:0.68 %、P:0.026%, S:0.019 %、Cr:16.5
Ni:5.7 %、Mo:0.79 %、Cu:0.15 %、V:0.07 %、W:0.04 %、N:0.011 %、H:0.0002 %、O:0.0071%，余量為 Fe。
[0071]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/648Mpa，Rm/819Mpa, A/26 %, Z/59%,KV2/128 J ο
[0072]實施例4:
[0073]選取材質(zhì)為04Crl3Ni4Mo的馬氏體不銹鋼葉片，制備電渣熔鑄葉片壓坯。
[0074](I)根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸，確定葉片壓坯的外輪廓尺寸，長度約350mm,最大寬為165mm,最大厚度為56mm,最小厚度為12mm。
[0075](2)結(jié)晶器的選擇，銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，內(nèi)腔為紫銅板的結(jié)晶器，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為24_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0076](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.33，制備的自耗電極為鋼板拼焊電極。
[0077](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0078]①渣系與渣量配比，CaF2:60%,Al2O3:25%,MgO:10%,Ca0:5%，渣量重量為葉片壓坯重量的12%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的55%。
[0079]②采用固渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:52%, CaF2:44%、MgO:4% ;在電極與底水箱之間放置一個信號檢測裝置，通過檢測電極與起弧料接觸瞬間，電極與底水箱之間電位變化，檢測出自耗電極已壓緊并與水冷底板相連接，對電極下降速度進行控制，起弧料未被壓碎或頂偏，最終固渣起弧成功率99%
[0080]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓50V、電流為5500A。
[0081]④補縮期內(nèi)，首先在7分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持2分鐘；再將最小補縮電流在5分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的80%，反復(fù)5次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的80%，最后I次減小到零。
[0082](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到865°C，保溫5.5小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0083]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:C:0.02 %、S1:0.52 %、Mn:1.2 %、P:0.019 %、S:0.006 %、Cr:12.8 %、Ni:3.8 %、Mo:0.64 %、Cu:0.12 V:0.07 W:0.11 N:0.012 H:0.0002 0:0.0068%，余量為 Fe。
[0084]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/708Mpa，Rm/845Mpa, A/28 %, Z/55%,KV2/152 J ο
[0085]實施例5:
[0086]選取材質(zhì)為04Crl3Ni5Mo的馬氏體不銹鋼葉片，制備電渣熔鑄葉片壓坯。
[0087](I)根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸，確定葉片壓坯的外輪廓尺寸，長度約1246mm,最大寬為878mm,最大厚度為152mm,最小厚度為31mm。
[0088](2)結(jié)晶器的選擇，銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，且結(jié)晶器可分體拆卸，內(nèi)腔為紫銅板的結(jié)晶器，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為25_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
[0089](3)結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.45，制備的自耗電極為鋼板拼焊電極。
[0090](4)電渣熔鑄工藝過程:
[0091]①渣系與渣量配比，CaF2:65%, Al2O3:25%,Mg0:6%, CaO:4%，渣量重量為葉片壓坯重量的12%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的55%。
[0092]②采用液渣起弧，起弧料化學(xué)成分以質(zhì)量百分比為T12:50%, CaF2:47%、MgO:3%。
[0093]③供電參數(shù)選擇:根據(jù)鑄件尺寸、電極與結(jié)晶器的幾何參數(shù)及熔鑄工藝，確定熔鑄電壓95V、電流為14500A。
[0094]④補縮期內(nèi)，首先在8分鐘以內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持2分鐘；再將最小補縮電流在3分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的90%，反復(fù)8次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的90%，最后I次減小到零。
[0095](5)葉片壓坯防裂紋熱處理工藝:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到830°C，保溫4小時后，隨爐冷卻至室溫。
[0096]通過電渣熔鑄工藝，有設(shè)定形狀的結(jié)晶器成形，制備了葉片壓坯毛坯。經(jīng)檢測，化學(xué)成分為:C:0.018%, Si:0.54%, Mn:1.26%, P:0.016 %、S:0.007 %, Cr:11.8%,Ni:5.83%, Mo:0.79 %, Cu:0.19%, V:0.04%, W:0.03%, N:0.009%, H:0.0065 O:
0.0001%，余量為 Fe。
[0097]經(jīng)常規(guī)熱處理后壓坯的力學(xué)性能為RPQ.2/718Mpa，Rm/823Mpa, A/23%, Z/73%,KV2/168J0
[0098]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，根據(jù)水輪機葉片三維智能展開尺寸確定葉片壓坯外形輪廓，制作電渣熔鑄葉片壓坯結(jié)晶器、自耗電極，通過優(yōu)化電渣熔鑄工藝、防裂紋熱處理工藝，最終制備出合格的電渣熔鑄葉片壓坯，其特征在于，所述電渣熔鑄工藝具體步驟如下: (1)、渣系與渣量控制:電渣熔鑄渣系主要成分為質(zhì)量百分比=CaF2:55?65%、Al2O3:25?35%，根據(jù)實際合金精煉要求加入MgO、CaO構(gòu)成多元渣系，其加入量不高于渣系總質(zhì)量的15%，渣層厚度為結(jié)晶器等效直徑的40?60% ; (2)、起弧過程:采用固渣或液渣起弧，起弧料化學(xué)成分質(zhì)量百分比為=T12:40?55%、CaF2:40?58%、MgO:2?5% ;當(dāng)采用固渣起弧時，在電極與底水箱之間放置一個信號檢測裝置，通過檢測電極與起弧料接觸瞬間，電極與底水箱之間電位的變化，可檢測出自耗電極是否已壓緊并與水冷底板相連接，對電極下降速度進行控制，保證起弧料不被壓碎或頂偏； (3)、供電參數(shù)選擇:電壓控制在50?110V、電流控制在5500?18000A； (4)、補縮:采用間斷補縮方式進行補縮；補縮期內(nèi)，首先在3?8分鐘內(nèi)將正常電流勻速降低到最小補縮電流，保持2?5分鐘，再將最小補縮電流在2?5分鐘內(nèi)勻速升高到正常熔鑄電流的70?90%，如此反復(fù)5?8次，每次的最高熔鑄電流都為前次最高熔鑄電流的70?90%，最后I次減小到零。
2.按照權(quán)利要求1所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:電渣熔鑄采用的結(jié)晶器為全鋁或銅鋼焊接的分體組合式結(jié)晶器，結(jié)晶器可分體拆卸、維修；其中全鋁結(jié)晶器材質(zhì)為ZL114A，結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為25?40mm，結(jié)晶器內(nèi)腔為鑄造成形方法制備；銅鋼焊接結(jié)晶器是以結(jié)晶器外腔及筋板為碳鋼板，內(nèi)腔為紫銅板的結(jié)晶器，銅鋼焊接結(jié)晶器內(nèi)腔板與筋板的水縫寬度為15?35_，結(jié)晶器內(nèi)腔銅板為金屬熱彎+機加工制造工藝制備。
3.按照權(quán)利要求1所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:所用自耗電極為砂型鑄造電極和鋼板拼焊電極2類，結(jié)合葉片壓坯結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸，制備葉片壓坯隨形自耗電極，選用的填充比為0.3?0.45。
4.按照權(quán)利要求1所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于，葉片壓坯防裂紋熱處理工藝為:將拆箱后的電渣熔鑄葉片壓坯加熱到800?900°C，保溫4?6小時后，隨爐冷卻至室溫。
5.按照權(quán)利要求1所述水輪機葉片壓坯的電渣熔鑄制造方法，其特征在于:所述的水輪機葉片壓坯合金為合金鋼20SiMn ;低碳馬氏體不銹鋼06Crl3Ni4Mo、06Crl3Ni5Mo或06Crl6Ni5Mo ;超低碳馬氏體不銹鋼 04Crl3Ni4Mo、04Crl3Ni5Mo。
【文檔編號】B22D23/10GK104174834SQ201410389905
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】婁延春, 李寶東, 陳瑞, 姜云飛, 宋照偉, 李旭東, 李志剛, 王大威, 張家東, 王安國, 王云霞, 于洪若 申請人:沈陽鑄造研究所