中国能源资讯网风电铸件对外观质量及内部致密性的要求都非常严格，并且严格禁止焊补，外观不能有可见的渣气孔及夹砂缺陷;在满足壁厚要求的前提下，如果有此类缺陷，必须打磨去除，除不掉的铸件必须报废。表面夹杂一方面降低了铸件的外观品质、力学性能;另一方面由于打磨增加了劳动成本，延长了交货期。表面缺陷增加了铸件废品产生的机率，目前是各个铸造厂的技术难点。风电部件除了常规检验以外，每个铸件都要做低温冲击试验、超声波检验和磁粉检验。同时，风电铸件属于大断面铁素体球铁铸件，由于加入了Mg 和RE，凝固时间长，容易产生二次氧化渣和石墨畸变等缺陷。风电铸件表面的气孔、砂眼、渣孔等大部分可以消除，但是二次氧化渣是不能完全消除的，其是铸件表面微裂纹的来源。每个铸件表面都要做磁粉检验。目前判断表面缺陷合格与否，普遍采用磁粉探伤ENI369 标准，高应力区和关键部位满足2-3 级，一般区域满足3-4 级，超出标准之外为不合格。
鉴于大断面铁素体球墨铸铁件的特殊性，完全避免表面夹杂是不可能的，但是可以采取一些措施，尽量减少表面缺陷的产生。在大型风电铸件里，夹杂主要有三方面因素造成：造型材料、一次熔渣、二次氧化渣。以下就这三部分分析了缺陷的成因及对策。
1 造型材料
1.1型砂
铸型型腔中砂子的来源非常广泛，只要是砂型铸造，避免不了有夹砂缺陷的产生。但只要采用合理的工艺，加上操作者精心操作，夹砂缺陷是可以减少的。
型芯强度要高，型砂质量要好。轮毂及底座类铸件属于厚大铸件，铁液凝固时，会产生非常大的石墨化膨胀力，因此要求型芯强度要足够高。一般大件24h 抗拉强度要达到1.0～1.2MPa。砂型强度太低，一方面会产生型壁位移，产生缩孔、缩松缺陷，另一方面会产生粘砂、铁包、冲砂缺陷。在现场最直接的量化控制手段是用砂型硬度计检测型芯表面硬度，大件达到90°以上视为合格。除了按工艺要求加入合理的树脂和固化剂，造型操作时特别要注意紧实。大件生产，在放砂时必须有4-5 人一起操作，进行表面紧实操作。紧实和不紧实，型芯强度的差距很大。有条件的铸造厂要上振实台，造型制芯时采用振实台振动紧实代替人工紧实，振实过后的砂型强度完全可以达到使用要求，并可以降低树脂的加入量，节约成本。还要做好再生砂质量的检验工作，发现异常及时纠正，保证型砂质量稳定。笔者所在工厂生产的轮毂表面曾经产生过很严重的麻孔现象，分析原因发现型砂质量指标都严重超标，含泥量和灼减量都很高，为了提高强度，不得不提高树脂固化剂加入量。从而型砂中的硫含量大大增加，与铁液中的镁发生反应，产生大量二次氧化渣。通过对设备的修理，使型砂质量恢复到正常指标，降低树脂固化剂加入量，轮毂的表面麻孔现象自然消失。
1.2 涂料
涂料质量要好，注意涂刷质量。风电铸件型芯通常都采用锆英粉复合涂料或者纯锆英粉涂料，一方面表面质量好，减少脉纹，提高表面光洁度，另一方面可以增强型芯表面的强度，提高耐火度，不粘砂，不冲砂，降低铸件表面夹砂缺陷。涂料层厚度适中，大件控制在0.5～0.8mm，过厚容易脱落造渣，过薄容易粘砂，一般涂刷两遍。涂料使用前必须测量波美度，达到工艺规定的范围，及时搅拌。涂刷过的型芯和瓷管内，必须对涂料堆积处进行清理，尤其是瓷管和浇道内，涂刷时可以用废旧报纸或者木塞塞入瓷管内。特别注意冷铁上的涂层不能过厚，一般用稀涂料涂刷一遍即可，否则会成片脱落造成铸件夹杂。
1.3 工艺设计
工艺设计时要计算铁液进流速度，大件多采用底注式。轮毂和底座浇注时间都在100s左右，有些厂家采用慢浇的件浇注时间达到3～5 min，对铸型的冲击力非常大，容易产生冲砂。铁液的进流速度，一般不能高于2 m/s。铁液进流方向最好正对壁厚处，不要冲击砂芯。
1.4 冷铁
使用合格的冷铁，严格限制冷铁使用次数，一般控制在5 次以内。使用次数过多，冷铁激冷能力下降，而且容易产生渣气孔缺陷。要确保冷铁表面的光洁度，不能有锈蚀及孔洞。冷铁棱角要清晰，否则会与砂型接触不牢固，产生表面夹砂。冷铁边缘与砂型接触的浮砂要打磨掉。
关于冷铁管理要注意几点：首先冷铁要编号，建立电子版冷铁库，对编号形状规格做出规定。工艺设计时根据冷铁库里的类型选择使用，尽量选用通用冷铁，特殊形状处可以设计随形冷铁。现场操作按工艺文件规定的冷铁号来使用冷铁。这样可以减少冷铁的种类，有编号识别也清晰，不会放错或者乱放。其次对冷铁的使用次数做标记，铸件开箱时要有专人收集冷铁，并做出标记，使用5 次以后就要及时废弃。做到以上两点冷铁管理起来就顺畅一些。
2 一次熔渣
一次熔渣的来源主要有炉衬、包衬、聚渣剂、孕育剂、球化剂、预处理剂等。这些材料如果使用不当很容易造渣，因此必须采用一些预防措施，杜绝这些夹杂物进入铸型型腔。
(1)按浇包使用次数，按时修包，清包。每日要清理包衬上的铁釉子、夹杂物等，修补包衬。达到使用次数的浇包，要按时重新打结包衬，保证包衬光洁，无过多杂物。炉口也要每天进行修补。
(2)如果采用中频炉熔炼，炉内过热至1 510℃，时间5 min，在炉内扒一次渣;高温出铁，出炉温度控制在1 450℃以上，用干净生铁在包内降温。这样各种渣子容易上浮，扒渣扒得干净些。
(3)浇注时采用浇口塞，浇口盆要足够高，并使用挡渣板。铁液浇满浇口盆后，再拔塞，使渣子充分浮到上面。
(4)工艺设计合理的浇注系统，利用浇注系统挡渣，过滤片慎重使用。开放式设计比例一般采用1:2:2，半封闭式采用1:2:0.8。经过研究证明，这种比例能起到最佳的挡渣效果。横浇道末端设置集渣包，内浇道如果使用瓷管，瓷管与横浇道连接采用过道，而不能直接放置在横浇道下部。中小件可以使用过滤片，大件用过滤片很危险，进流慢，如果渣很多的话容易堵塞而浇不进，并有冲碎的可能。
(5)球化剂和孕育剂要保持干燥，粒度合适。潮湿的球化剂和孕育剂会影响球化和孕育效
果，使其不能完全熔化，容易造渣。
3 二次氧化渣(镁渣)
镁渣一般在球化后和型内产生。表面镁渣不但影响外观质量，如果产生在高应力区和加工面，将会对力学性能产生不利影响，力学性能会下降30%。做超声波检验时，通常会有底波消失的情况出现，这就是镁渣吸收声波所造成的，一般用户都不接受这种情况。做磁粉检验时，会发现很多微裂纹，就是镁渣形成的。
3.1 球化反应机理
Mg+O→MgO (1)
Ce+O→CeO (2)
Mg+S→MgS (3)
Ce+S→CeS (4)
2Mg+SiO2+O2→Mg2SiO4(有时生成Mg2SiO3)(5)
从上述化学反应式可以看出，镁渣主要由MgO、CeO、MgS、CeS、Mg2SiO4 组成。因此，生产中总是将S、O 控制在足够低的水平。在保证球化质量的前提下，也总是把Mg 和稀土的含量控制得尽量低。
3.2 预防镁渣措施
(1)残留镁(残留镁量+残留稀土量取决于铸件壁厚)：一般铸件残余镁量控制在0.03%～0.05%;如果残余镁量大于0.06%，会产生大量熔渣，而且铁液白口倾向大，产生更多的缩松。
(2)残留稀土：一般控制在0.01%～0.02%，适量的稀土可以中和生铁中的有害元素，但过高的稀土会产生絮状石墨，厚大件的稀土含量应比薄壁件控制得低一些。
(3)硫含量：球化前小于0.02%，球化后控制在0.006%～0.012%;过高的硫会消耗过多球化剂，产生更多的渣子，并产生回硫现象，过低的硫会使铁液次级核心减少，冶金质量下降。
(4)氧含量：不易量化控制，只能要求严格按工艺流程执行，原材料选用一致。
(5)紊流：大件设计尽量采用底注，内浇道流速小于2 m/s。
(6)孕育剂：干净，没有氧化，控制合适的孕育量和颗粒度，防止造渣。
3.3 残余镁量的控制
表 1 为欧洲在研究残余镁与稀土加入量关系[1]。要获得球状石墨的最低残余镁含量为0.03%(不加稀土的情况下)，加入稀土的情况下残余镁含量比0.03%要低，就可以达到完全球化的目的。厚壁件的稀土量要比薄壁件低。为保险起见，我们可以把风电铸件中的残余镁量控制在0.03%～0.05%，稀土含量结合国内生铁质量实际状况，控制在0.01%～0.02%。
3.4 改进方向
3.4.1 熔炼方面的改进
(1)改进球化方式，逐步降低球化剂加入量，从而降低残余镁量。有些厂的残余镁量一般在0.06%以上，偏高，造成镁渣多，铁液缩松倾向大。可以采购一些干净的小块废钢片覆盖球化剂，延缓球化反应激烈程度，提高镁吸收率，降低球化剂加入量。目前我厂的球化剂加人量已经减少到1%以下。
(2)进行在球化后和浇注前以及铸件本体的镁残留量的对比检测试验，校验镁量损失量，为下一步制定铸件的合理镁残含量提供数据支持。
(3)中频炉熔炼最好保证过热温度1 510℃，控制保温时间5 min，并在炉内扒渣，目的可以细化晶粒，除渣，使铁液干净。
3.4.2 原材料方面
(1)主料的供应商要稳定，生铁、球化剂、孕育剂、涂料、型砂、树脂、固化剂等。
(2)对原材料定期检测，并将现在已经认识到的各种微量元素都要纳入到检测范围。
3.4.3 造型工艺及操作方面
(1)浇注系统设计方面要充分考虑挡渣效果。设计时要充分考虑液体的流动问题，主要是避免液体在浇注系统内的紊流现象。轮毂底座一般采用开放底注式。目前很多厂家所采用的披缝浇口符合这一原则，但需要注意的是披缝浇口处的型砂强度，防止冲砂和碎砂的产生。
(2)涂料的涂刷质量应重点监控，要改变可有可无的观念;在涂料达到一定厚度时，特别容易脱落，尤其是冷铁面上的涂料，控制涂料的涂刷厚度是关键。可以购买检测涂料层厚度的仪器。
(3)过程操作方面应严格检查，对于直浇道错偏严重或者涂料堆积的不能浇注，否则会严重影响浇注时间和进流速度，造成冲刷铸型、紊流，引起夹渣、夹砂、气孔等缺陷。
4 结束语
通过造型材料、一次熔渣、二次氧化渣三方面的缺陷成因分析，并采取切合实际的预防措施，我厂生产的风电铸件外观质量良好，没有产生严重的表面夹杂现象，顺利通过客户验收，已经为国内各主机厂配套生产了几千套合格铸件。
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