Støbning af stort støbegods i ferritisk SGjern

Transkript

1 Støbning af stort støbegods i ferritisk SGjern Karl Martin Pedersen FMV Temadag om støbeprocesser i Slagelse, 27. januar 2011 Page 1 Outline Hvorfor SG jern Støbeprocessen Metallurgi Form af grafit Kimdannelse Chunky grafit Indvirkning af defekter FeVIND projekt Test Page 2 1

2 Answers provided by 15 Divisions in three Sectors Sectors Healthcare Energy Industry Divisions Industry Automation Drive Technologies Building Technologies Oil & Gas Fossil Power Generation Renewable Energy Imaging & IT Workflow & Solutions Diagnostics Osram Industry Solutions Mobility Energy Service Power Transmission Power Distribution Siemens Wind Power, tidligere BONUS Page 3 Siemens Wind Power Facts at a glance One of the world s leading suppliers of wind power solutions Deliveries: 2,900 MW in FY 2010 Installed Base: > 9,000 turbines with > 11,000 MW capacity 7,000 employees globally Record order backlog of roughly 10 billion No. 1 in offshore wind power installations Target: To become Top 3 supplier in 2012 Page 4 2

3 Store støbte emner i vindmøller Nav Lejehus Aksel Bundramme Page 5 Materiale: EN-GJS LT Vægt: 3 til 25 tons Tykkelser: 30 to 200 mm Størrelse: Op til 4 m Hvorfor SG jern Ved størkning Metaller svinder (=porøsiteter i centrum af emnet) Kulstof udvider sig ved dannelse af grafit Kulstof sænker størkne-temperaturen ca. 350 C i forhold til stål Gråt støbejern Grafit-kugler i stedet for grafit-flager Højere styrke og sejhed Processen Stor geometrisk frihed Page 6 SG jern 3

4 Støbeproces Forme Top Støbes i sandforme. Jernramme rundt om sandformene Bund Kerne Page 7 Støbeproces Stål plader MgFeSi Ovn Behandlingsske Afgratte og slibe Page 8 Undersøge kvalitet (mikrostruktur, ultralyd, opmåling ) 4

5 Støbeproces Film om støbeprocessen. Se den på: Page 9 Mikrostruktur Stort støbegods Magnesium Vigtigt for formen af grafitten Koger ved 1091 C SG jern størkner ved ca C Lang størkne tid -> Fordampning af magnesium -> Dårlig form af grafit Kimdannelse af grafit Sker på µm store partikler Lang størknetid -> Færre partikler -> Dårlig kimdannelse -> Porøsiteter Tilsætter forskellige elementer som Cerium og sjældne jordarter (RE) Chunky grafit Dårlig grafit form -> Ødelægger mekaniske egenskaber af emnet. Fremmes af bl.a. Cerium og sjældne jordarter Modvirkes af bl.a. Antimon (Sb) Page 10 5

6 Mikrostruktur Grafit form Formen af grafit sammenlignes med billeder fra standard: ISO Form VI: Typisk for i SG jern Form V: Typisk for tyk-vægget SG jern Area of acceptable graphite Nodularity = 100% Total graphite area Størrelsen af grafitten er også væsentlig. Page 11 Mikrostruktur Grafit form Page 12 6

7 Mikrostruktur Grafit form God grafit form Dårlig grafit form Begge billeder kommer fra samme emne få mm afstand mellem billeder. Evaluer aldrig mikrostruktur ud fra et enkelt billede!! Page 13 Mikrostruktur Chunky grafit 500 µm Page µm 7

8 Mikrostruktur Chunky grafit Page 15 FeVIND project The principal objective is to give the project partners knowledge, ability and methodology that make them best world wide when it comes to delivery of services linked to production of cast iron wind turbine components, including: Consistent quality Competitive price Intelligent design with documented fatigue properties Fatigue properties Base-line material Vestas castings Defected material Rejected Siemens hub Page 16 8

9 Base-line material Ø21 mm Ø50 mm Ved σ = 190 MPa ~ ±160 tons 140 X 120 mm M. Shirani, G. Harkegard: Fatigue life distribution and size effect in ductile cast iron for wind turbine components, Engineering Failure Analysis, Vol. 18, Issue 1, 2011, Pages Page 17 Defected material Page 18 9

10 3D X-ray computer tomography (CT skanner) Kendt fra hospitaler Ø21 mm test bar. Fejl > 0,2 mm kan findes Anvendt en CT skanner placeret i Aachen, Tyskland Page 19 3D X-ray computer tomography Beregne levetid Udvælg mest kritiske Beregn levetid Defect Number Number of cycles to failure Page 20 10

11 Modellering i P-FAT Beregning af levetid Virkelighed Model Page 21 Internal defects Page 22 Kilde: Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 22, Revnevækst hastighed 5 20 gange højere i luft end i vakuum 11

12 Undgå porøsiteter ved overflade Migration of hotspot towards surface Machining into internal porosities Page 23 Mg Inclusions Page 24 Same effect as porosities 12

13 Cross section of fracture surface Page 25 Striation SEM images at different distance from initiation point Magnification: Detection limit: 0,20 to 0,25 µm Laminar spacing for pearlite structure: > 0,5 µm Variation in direction of striations! Page 26 13

14 Striation, 5 mm from edge Page 27 Graphite content on fracture surface 17 mm from edge 3 mm from edge Page 28 14

15 Tak for jeres opmærksomhed Page 29 15