鋁合金誘導(dǎo)輪本體的鑄造工藝

劉曉錦 孔繁鋼

(1. 包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院冶金設(shè)備所，內(nèi)蒙014010； 2. 國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)(包頭)有限公司，內(nèi)蒙古014030)

1 鋁合金誘導(dǎo)輪本體的技術(shù)條件

(1)鋁合金誘導(dǎo)輪鑄件外形尺寸為?520 mm×220 mm，主要壁厚為13 mm～25 mm，鑄件重量為67 kg，材質(zhì)為ZL205A，其化學(xué)成分要求見表1，力學(xué)性能要求見表2，鑄件形狀見圖1。

(2)鑄件的熱節(jié)點(diǎn)相關(guān)部位要進(jìn)行無損探傷檢測(cè)。

表1 ZL205A合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition of ZL205A alloy(mass fraction, %)

表2 ZL205A合金的力學(xué)性能Table 2 The mechanical properties of ZL205A alloy

圖1 誘導(dǎo)輪本體鑄件Figure 1 Inducer body castings

(3)鑄件表面光潔，無鑄造缺陷。

2 誘導(dǎo)輪本體鑄件的鑄造工藝性分析

2.1 材質(zhì)分析

ZL205A合金是目前鋁合金中強(qiáng)度最高的合金，屬于Al-Cu系合金。該合金為固溶體型合金，凝固范圍寬、鑄造性能差，易產(chǎn)生縮松及熱裂現(xiàn)象。另外，為確保ZL205A具有良好的綜合力學(xué)性能需加入較多有益的合金元素，如：加入Mn降低Fe的有害作用；加入Ti和B以細(xì)化晶粒；加入Zr和V形成Al3Zr、Al7V成為α固熔體的外來異質(zhì)結(jié)晶核心，使結(jié)晶晶粒細(xì)化，提高合金的高溫強(qiáng)度；加入Cd促進(jìn)時(shí)效時(shí)亞穩(wěn)定相θ′的析出和生長(zhǎng)，提高合金的強(qiáng)度。這些合金元素的加入同時(shí)也增加了熔煉的難度，冶煉工藝十分復(fù)雜。

2.2 工藝結(jié)構(gòu)分析

鑄件為雙層輪狀組合類鑄件，熱節(jié)點(diǎn)較多，最大壁厚72 mm，最小壁厚只有30 mm，中部輪軸及兩層輪緣處較厚。鑄件整體尺寸為?520 mm×220 mm，重量67 kg。該鑄件輪緣與支撐板相連處的熱節(jié)部位需進(jìn)行X射線探傷檢查，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷，所以必須對(duì)這些熱節(jié)部位采取有效的補(bǔ)縮或激冷措施。 對(duì)中間輪軸需進(jìn)行局部加強(qiáng)激冷，使其能獲得致密的組織及較高的本體強(qiáng)度。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)及這些特殊要求，確定采取多層分型組芯造型方案，下部以放置冷鐵為主，上部厚大部分放置冒口，這樣既可以調(diào)整鑄件的凝固順序，也可以確保鑄件內(nèi)部組織致密，避免縮孔及縮松缺陷的產(chǎn)生。

ZL205A合金鑄造性能較差，形成順序凝固的難度較大，僅靠冒口補(bǔ)縮較困難，必須與冷鐵配合使用，才能合理的調(diào)整凝固順序，獲得致密的組織。

2.3 鑄件質(zhì)量要求分析

表面質(zhì)量要求較高，鑄件熱節(jié)部位進(jìn)行無損探傷，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷。

3 誘導(dǎo)輪本體鑄件工藝總體方案制定

3.1 鑄造工藝方案的確定

(1)造型方式的確定

根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)分析及表面質(zhì)量要求高的需求，我們決定在試制生產(chǎn)過程中采用樹脂砂造型、制芯工藝。樹脂砂造型工藝是一種先進(jìn)的造型工藝手段，具有表面質(zhì)量好，尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)。采用樹脂砂造型方式完全能夠滿足鑄件的造型操作及表面質(zhì)量要求。

(2)分型面的確定

根據(jù)鑄造工藝性分析，我們確定采用輪緣側(cè)面為分型面，分四層組芯造型，可以確保鑄件結(jié)構(gòu)形狀。

(3)澆注系統(tǒng)的確定

由分型方案確定澆注方式為中注式，橫澆道位于誘導(dǎo)輪底部，分七個(gè)方向與周圍七個(gè)縫隙筒相連，內(nèi)澆道從誘導(dǎo)輪輪緣處引入型腔。

澆注系統(tǒng)采用底注開放式澆注系統(tǒng)，使鋁液快速、平穩(wěn)充型，避免冷隔、夾渣及澆不足現(xiàn)象。

內(nèi)澆口采用縫隙式澆口。澆口比例為：直∶橫∶內(nèi)=1∶4.34∶13.36。直澆口從鑄件中部軸孔進(jìn)入，橫澆道從底部進(jìn)入縫隙筒中，再由縫隙澆口進(jìn)入鑄件的型腔。

存在于我國(guó)大部分企業(yè)中的，阻礙其基層黨建政工工作開展的一個(gè)重要影響因素，就是企業(yè)不論是管理人員還是員工，都沒有從源頭上給予黨建政工工作足夠的重視度，這就導(dǎo)致了企業(yè)上下對(duì)黨建政工工作從思想上的漠視?，F(xiàn)如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大、發(fā)展形式更加多樣化，存在于我國(guó)企業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈，而企業(yè)內(nèi)部基層黨建政工工作是否有一個(gè)良好的開展，也是企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的其中一部分，其重要性是毋庸置疑的。

(4)冒口及冷鐵位置的的確定

為確保鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，我們采用冷鐵和冒口相結(jié)合的方式調(diào)整鑄件的凝固順序。根據(jù)工藝分析在鑄件的上部輪緣放置七個(gè)補(bǔ)縮冒口，中間輪軸上部放置兩個(gè)補(bǔ)縮冒口，其目的一是調(diào)整鑄件的凝固順序；二是為鑄件提供充足的補(bǔ)縮鋁液，避免熱節(jié)部位產(chǎn)生縮松現(xiàn)象。

(5)誘導(dǎo)輪本體的鑄造工藝圖見圖2。

3.2 主要生產(chǎn)設(shè)備的確定

(1)冶煉設(shè)備：300 kg電阻坩堝爐。

(2)碾砂設(shè)備：S206碗形樹脂砂混砂機(jī)。

(3)熱處理設(shè)備：EKCL-120鋁合金快速淬火爐。

圖2 誘導(dǎo)輪本體鑄件的鑄造工藝圖Figure 2 The casting process of inducer body

(4)鋁液檢測(cè)儀器：便攜式數(shù)字式測(cè)溫儀。

3.3 熔煉工藝的制定

(2)所有金屬爐料全部進(jìn)行烘烤，烘烤溫度200～300℃；所用的精煉劑、晶粒細(xì)化劑均需進(jìn)行烘烤，烘烤溫度150～200℃；所用的工具刷涂料后進(jìn)行烘烤。

(3)精煉采用專用精煉劑，精煉溫度720～750℃，精煉時(shí)間為10 min ～20 min。

(4)澆注溫度710～750℃。

3.4 熱處理工藝的制定

采用快速淬火熱處理爐對(duì)鑄件進(jìn)行T5熱處理，裝爐溫度，保溫時(shí)間見相應(yīng)的規(guī)范文件。

4 生產(chǎn)試制情況

在對(duì)上述工藝做了充分準(zhǔn)備后，采用木模進(jìn)行了試制生產(chǎn)。試制中采用樹脂砂造型、制芯。生產(chǎn)前對(duì)各工序的操作工進(jìn)行技術(shù)交底培訓(xùn)。

4.1 熔煉操作控制

(1)把準(zhǔn)備好的爐料按回爐料—鋁錠—合金順序加入坩堝。

(2)送電熔化后，用熱電偶測(cè)量鋁水溫度，溫度達(dá)到710～750℃時(shí)扒去熔渣進(jìn)行精煉操作。

(3)稱取占合金總量0.5%～0.7%的專用精煉劑，分兩次進(jìn)行除氣處理。精煉后取含氣試樣進(jìn)行檢查，直至合格為止。

4.2 造型操作控制

由于采用組芯造型，全部型芯采用樹脂砂打制，砂芯配合表面應(yīng)打磨平整。冷鐵掛砂后必須進(jìn)行烘烤。耐磨鋼環(huán)在組型前應(yīng)加熱，注意保護(hù)型腔工作表面不應(yīng)有損壞現(xiàn)象。

組型前應(yīng)吹凈浮砂，放好封箱膏，插入合箱導(dǎo)桿，小心組芯合型。組合好砂型后，用鎖緊螺栓鎖緊上、下夾緊板，安放好澆口杯，準(zhǔn)備澆注。

4.3 澆注操作控制

合金澆注應(yīng)在鑄型組合工作和澆注準(zhǔn)備工作全部完成后開始。澆包在使用前應(yīng)清除金屬殘?jiān)把趸?，噴刷涂料并烘烤至暗紅色；新修澆包在使用前應(yīng)仔細(xì)烤干并涂刷涂料。澆注時(shí)用澆口塞堵好澆注孔，澆包嘴應(yīng)盡量靠近定量澆口杯，一般應(yīng)不大于200 mm。當(dāng)鋁液注滿定量杯后，測(cè)量澆注溫度，溫度在710～720℃時(shí)拔出澆口塞。當(dāng)鋁液上升至冒口2/3處時(shí)堵上澆口，點(diǎn)澆冒口至滿。

4.4 試制期間共澆鑄誘導(dǎo)輪本體鑄件5件，情況見表3。

表3 鑄件力學(xué)性能情況Table 3 The mechanical properties of inducer body castings

5 結(jié)果分析

我們采用上述工藝澆鑄的5件誘導(dǎo)輪本體鑄件鑄件表面光潔、沒有掉砂及砂眼類缺陷。有1件部分冒口根部出現(xiàn)了縮松，經(jīng)分析認(rèn)為主要是由于冒口較低造成，經(jīng)調(diào)整冒口套的高度后，縮松消除。另外在鑄件上局部出現(xiàn)有不影響使用的縮凹現(xiàn)象，通過改進(jìn)冒口的形狀消除了這類現(xiàn)象。

6 結(jié)論

(1)通過采用合理的鑄造工藝，并利用冒口及冷鐵來調(diào)整鑄件的凝固順序，可以獲得組織致密的鑄件。

(2)縫隙式內(nèi)澆口的采用可使金屬液平穩(wěn)進(jìn)入型腔且補(bǔ)縮充分，可防止縮松缺陷。

(3)嚴(yán)格控制澆注操作，澆注后應(yīng)點(diǎn)澆冒口，提高冒口補(bǔ)縮能力，避免縮松缺陷。

(4)嚴(yán)格各工序的操作，杜絕人為的鑄造缺陷。

[1] 羅啟全，等編著.鋁合金熔煉與鑄造.廣州：廣東科技出版社，2002.

[2] 魏兵，袁森，張衛(wèi)華，著.鑄件均衡凝固技術(shù)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.