燃气轮机球铁件表面层的研究和改进

陈洪涛

（共享装备股份有限公司，宁夏银川750021）

燃气轮机球铁件表面层的研究和改进

陈洪涛

（共享装备股份有限公司，宁夏银川750021）

树脂砂造型工艺球墨铸铁件表面存在一个片状石墨或蠕虫状石墨表面层，其厚度在0.1mm～3mm[1]；分析燃气轮机球墨铸铁件表面层的金相也发现了类似的情况，通过使用低硫固化剂，降低了燃气轮机表面层的厚度，较好地解决了表面层的问题。

燃气轮机铸件；球墨铸铁；表面层；树脂砂

随着世界经济的快速发展对能源的需求日益增长，燃气轮机已经成为当今世界最主要的发电形式之一，使得燃气轮机拥有越来越广阔的发展市场。但是燃气轮机铸件的制作技术难度非常大，目前在国际上仅有少数几个企业可以生产，而国内的企业长期处于研发或小批量生产阶段[2]。我公司开发燃气轮机铸件已经有10多年的时间，目前能够批量生产燃气轮机铸件。用树脂砂造型材料生产燃气轮机球铁件时铸件表面层易出现非球状石墨现象，分析其形成原因并提出了有针对性的措施，更好的满足了顾客需求。

1 树脂砂工艺生产球铁件表面层的研究

表面层是树脂砂工艺生产的球铁铸件表面的一类组织缺陷，目前一般认为厚度在0.1mm～3mm，石墨形态呈现片状或者蠕虫状。国内的学者早在2000年以前就开始研究表面层的问题，如湖北汽车工业学院的曾大新、毛高波[3]等人曾经做过阶梯试块，采用两种不同固化剂的树脂砂，并通过在不同壁厚断面的位置上截取试样，分析表面层的厚度，并得到结论：铸件壁厚越大，表面层厚度越小，如表1所示。

表1 表面片状石墨层厚度与铸件壁厚的关系

而湖北的戚墅堰机车车辆工艺研究所的王泽华[4]则用试验的方法专门分析过球墨铸铁表面层片状石墨区和正常球化区的硫和镁的检测结果如表2所示，并分析得出：表面层球化元素镁的衰减和反球化元素硫的增加是造成表面层石墨衰退形成片状石墨的重要原因，但是还未见有对燃气轮机球铁件表面层的研究和分析。

表2 球墨铸铁表面层中Mg、S元素（质量分数，%）

2 燃气轮机铸件表面层的研究

2.1 检测铸造现场使用的树脂砂中硫质量分数

采取现场使用的型砂，化验硫质量分数，如表3所示。

表3 现场型砂中S含量检测结果（质量分数，%）

2.2 对燃气轮机进气缸的筋板取样检测

选取如图1所示的燃气轮机进气缸的筋板进行取样。

图1 进气缸铸件图

对燃气轮机进气缸筋板进行取样，如图2所示，按照图示的方法进行解剖，分别按照距离表面1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.5mm的距离设置点1、2、3、4并测试各处的金相状况，各点的金相图如图3、图4、图5和图6所示。

图2 燃气轮机进气缸筋板图

通过不同深度点1、2、3、4点各点的金相照片可以清楚的观察到，在1.0mm处可以清晰的观察到表面层的存在，石墨呈明显的片状及蠕虫状，其中分布着少量的团块状的石墨；在2.0mm处观察到的结果与1.0mm处相似，表明该位置也是明显的表面层；在3.0mm处片状石墨消失，反之有较多的石墨球出现，尽管部分石墨球形状不太圆整，但表明该位置已经不存在表面层；在4.0mm处石墨球非常圆整，属于正常的球化区。通过这4个深度点的测量，表明该筋板表面层的厚度在2.0mm～3.0mm之间。

在金相分析的基础上，对4个深度点对应的表面位置A、B、C、D处的表面层厚度进行测量，分别为2.7mm、2.3mm、1.4mm、1.3 mm，符合表1描述的表面片状石墨层厚度随铸件壁厚的增加，表面层厚度有逐渐减少的趋势。

图3 深度1点的金相

图4 深度2点的金相

图5 深度3点的金相

图6 深度4点的金相

3 表面层的影响因素研究和改进

根据资料的研究[3]显示：表面层的产生与树脂砂的固化剂中的硫有关，在浇注时，铁水进入型腔，在高温铁水的作用下，固化剂中的对甲苯磺酸分解产生出硫化物，与铸型表面铁水中的镁发生反应，从而降低了铁水中游离镁的含量，而紊流则会加大对游离镁的消耗，主要是其中的镁会与氧、二氧化硅等进行反应，从而使得石墨发生畸变形成片状石墨，其反应方程式如（1）、（2）和（3）.

通过运用扫描电镜对表面层进行能谱分析，能清晰的观察到表面层中含有较高的氧、硫、硅元素，且表面层中含有较多的渣、杂，如图7所示。

Study and Im provem ent on the Surface Layer of Gas Turbine Ductile Iron Casting

CHEN Hong-tao
（KocelMachinery Limited，Yinchuan Ningxia 750021，China）

The surface of the ductile iron casting produced by resin sand has a 0.1～3mm lamellar or vermicular graphite layer. Gas turbine ductile iron casting has the similar metallographic structure.The surface layer thicknesswas decreased by using the low sulfur-content curing agent to iprove the casting surface quality.

gas turbine casting，ductile iron，surface layer，resin sand

TG255

A

1674-6694（2015）06-0037-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.012

2015-09-14

陈洪涛（1976-），男，辽宁省凌源市人，高级工程师，研究方向：铸造工艺与技术。