水冷炉口振动时效工艺应用

水冷炉口内嵌铸蛇形无缝钢管，在浇注过程中，由于高温铁水的作用，蛇形管会发生蠕变。冷却时，由于蛇形管比液态铁水收缩值大，使炉口内产生较大的内应力。同时，为防止蛇形管被铁水熔化击穿，采取了向蛇形管内通入氮气强制冷却的措施。这样，靠近蛇形管的铁水比远离蛇形管的铁水冷却速度加快，造成内部应力不均。

因此，水冷炉口铸件降低和均化残余应力工序是必要的。过去一直采用热时效的方法进行去应力处理。但热时效耗费大量的人力物力、经济成本大，所以引进了新工艺振动时效。本文主要是阐述了振动时效工艺在水冷炉口上的应用。

振动时效工艺制定

激振设备

设备采用南京聚航科技有限公司的JH-200A液晶全自动振动时效设备，具有残余应力动态跟踪功能，全自动科学选择振动频率、时效时间等工序。一键式操作，使用简单方便。高亮度真彩液晶屏显示数据，全中文在线打印时效参数和效果。

炉口振动点和支撑点的确定

按照振动装置使用说明书多次试验确定弹性材料支撑垫的位置。三个橡胶垫按120°均布，可使工件产生共振。在时效过程中，第一次扫描时即有共振峰出现，说明支撑垫位置是合适的。当工件与激振器发生共振时，采用撒砂法来确定传感器的安放位置。资料显示传感器放在工件波峰处效果最佳，通过试验，在相邻的两支撑点中间，寻找到了炉口的波峰。需要指出的是：传感器的安装位置必须在激振器位置确定后才能寻找。而激振器的安装则须根据工件的具体情况确定。

激振力的确定

激振力的确定很重要，因为它决定了动应力的大小。实验证明，在一定范围内动应力越大，被处理工件产生的应变释放量也越大，消除应力的效果就越好。可过大的动应力有可能造成工件的损伤或降低疲劳寿命。因此，在GB/T25713-2010标准中以工作应力来确定动应力。即动应力σ_动=（1/3~2/3）σ_工作。铸铁件振动时效时的最佳动应力为2.3MPa-3.5MPa。它是通过调节激振力，即改变激振器的偏心环的偏心距实现的。对于重10t的水冷炉口，偏心距宜选择0.38。在此条件下，用动态电阻应变仪可测出工件中的动应力。

振动时效实施和效果

5号炉口振动时效曲线可以看出炉口振后曲线左移，符合GB/T25713-2010标准第4条振动时效工艺效果评定方法的相关规定，说明达到振动时效工艺效果，应力得到降低和均化。

结论

1. 振动时效处理转炉水冷炉口，完全可代替热时效，在稳定尺寸精度之外的热疲劳领域也大有作为。

2. 振动时效不改变构件铸态组织，能强化金属基体，使应力得到彻底的释放和均化，并能提高热疲劳寿命38.4%。

3. 比热时效降低能耗98%以上。