铝合金诱导轮本体的铸造工艺

刘晓锦 孔繁钢

(1. 包头钢铁设计研究总院冶金设备所，内蒙014010； 2. 国电联合动力技术(包头)有限公司，内蒙古014030)

1 铝合金诱导轮本体的技术条件

(1)铝合金诱导轮铸件外形尺寸为∅520 mm×220 mm，主要壁厚为13 mm～25 mm，铸件重量为67 kg，材质为ZL205A，其化学成分要求见表1，力学性能要求见表2，铸件形状见图1。

(2)铸件的热节点相关部位要进行无损探伤检测。

表1 ZL205A合金的化学成分(质量分数，%)Table 1 The chemical composition of ZL205A alloy(mass fraction, %)

表2 ZL205A合金的力学性能Table 2 The mechanical properties of ZL205A alloy

图1 诱导轮本体铸件Figure 1 Inducer body castings

(3)铸件表面光洁，无铸造缺陷。

2 诱导轮本体铸件的铸造工艺性分析

2.1 材质分析

ZL205A合金是目前铝合金中强度最高的合金，属于Al-Cu系合金。该合金为固溶体型合金，凝固范围宽、铸造性能差，易产生缩松及热裂现象。另外，为确保ZL205A具有良好的综合力学性能需加入较多有益的合金元素，如：加入Mn降低Fe的有害作用；加入Ti和B以细化晶粒；加入Zr和V形成Al3Zr、Al7V成为α固熔体的外来异质结晶核心，使结晶晶粒细化，提高合金的高温强度；加入Cd促进时效时亚稳定相θ′的析出和生长，提高合金的强度。这些合金元素的加入同时也增加了熔炼的难度，冶炼工艺十分复杂。

2.2 工艺结构分析

铸件为双层轮状组合类铸件，热节点较多，最大壁厚72 mm，最小壁厚只有30 mm，中部轮轴及两层轮缘处较厚。铸件整体尺寸为∅520 mm×220 mm，重量67 kg。该铸件轮缘与支撑板相连处的热节部位需进行X射线探伤检查，不允许有缩松、气孔等铸造缺陷，所以必须对这些热节部位采取有效的补缩或激冷措施。 对中间轮轴需进行局部加强激冷，使其能获得致密的组织及较高的本体强度。根据铸件的结构及这些特殊要求，确定采取多层分型组芯造型方案，下部以放置冷铁为主，上部厚大部分放置冒口，这样既可以调整铸件的凝固顺序，也可以确保铸件内部组织致密，避免缩孔及缩松缺陷的产生。

ZL205A合金铸造性能较差，形成顺序凝固的难度较大，仅靠冒口补缩较困难，必须与冷铁配合使用，才能合理的调整凝固顺序，获得致密的组织。

2.3 铸件质量要求分析

表面质量要求较高，铸件热节部位进行无损探伤，不允许有缩松、气孔等铸造缺陷。

3 诱导轮本体铸件工艺总体方案制定

3.1 铸造工艺方案的确定

(1)造型方式的确定

根据铸件的结构分析及表面质量要求高的需求，我们决定在试制生产过程中采用树脂砂造型、制芯工艺。树脂砂造型工艺是一种先进的造型工艺手段，具有表面质量好，尺寸精度高等优点。采用树脂砂造型方式完全能够满足铸件的造型操作及表面质量要求。

(2)分型面的确定

根据铸造工艺性分析，我们确定采用轮缘侧面为分型面，分四层组芯造型，可以确保铸件结构形状。

(3)浇注系统的确定

由分型方案确定浇注方式为中注式，横浇道位于诱导轮底部，分七个方向与周围七个缝隙筒相连，内浇道从诱导轮轮缘处引入型腔。

浇注系统采用底注开放式浇注系统，使铝液快速、平稳充型，避免冷隔、夹渣及浇不足现象。

内浇口采用缝隙式浇口。浇口比例为：直∶横∶内=1∶4.34∶13.36。直浇口从铸件中部轴孔进入，横浇道从底部进入缝隙筒中，再由缝隙浇口进入铸件的型腔。

存在于我国大部分企业中的，阻碍其基层党建政工工作开展的一个重要影响因素，就是企业不论是管理人员还是员工，都没有从源头上给予党建政工工作足够的重视度，这就导致了企业上下对党建政工工作从思想上的漠视。现如今，随着我国经济市场的规模不断扩大、发展形式更加多样化，存在于我国企业中的竞争变得更加激烈，而企业内部基层党建政工工作是否有一个良好的开展，也是企业综合竞争力的其中一部分，其重要性是毋庸置疑的。

(4)冒口及冷铁位置的的确定

为确保铸件的内部质量，我们采用冷铁和冒口相结合的方式调整铸件的凝固顺序。根据工艺分析在铸件的上部轮缘放置七个补缩冒口，中间轮轴上部放置两个补缩冒口，其目的一是调整铸件的凝固顺序；二是为铸件提供充足的补缩铝液，避免热节部位产生缩松现象。

(5)诱导轮本体的铸造工艺图见图2。

3.2 主要生产设备的确定

(1)冶炼设备：300 kg电阻坩埚炉。

(2)碾砂设备：S206碗形树脂砂混砂机。

(3)热处理设备：EKCL-120铝合金快速淬火炉。

图2 诱导轮本体铸件的铸造工艺图Figure 2 The casting process of inducer body

(4)铝液检测仪器：便携式数字式测温仪。

3.3 熔炼工艺的制定

(2)所有金属炉料全部进行烘烤，烘烤温度200～300℃；所用的精炼剂、晶粒细化剂均需进行烘烤，烘烤温度150～200℃；所用的工具刷涂料后进行烘烤。

(3)精炼采用专用精炼剂，精炼温度720～750℃，精炼时间为10 min ～20 min。

(4)浇注温度710～750℃。

3.4 热处理工艺的制定

采用快速淬火热处理炉对铸件进行T5热处理，装炉温度，保温时间见相应的规范文件。

4 生产试制情况

在对上述工艺做了充分准备后，采用木模进行了试制生产。试制中采用树脂砂造型、制芯。生产前对各工序的操作工进行技术交底培训。

4.1 熔炼操作控制

(1)把准备好的炉料按回炉料—铝锭—合金顺序加入坩埚。

(2)送电熔化后，用热电偶测量铝水温度，温度达到710～750℃时扒去熔渣进行精炼操作。

(3)称取占合金总量0.5%～0.7%的专用精炼剂，分两次进行除气处理。精炼后取含气试样进行检查，直至合格为止。

4.2 造型操作控制

由于采用组芯造型，全部型芯采用树脂砂打制，砂芯配合表面应打磨平整。冷铁挂砂后必须进行烘烤。耐磨钢环在组型前应加热，注意保护型腔工作表面不应有损坏现象。

组型前应吹净浮砂，放好封箱膏，插入合箱导杆，小心组芯合型。组合好砂型后，用锁紧螺栓锁紧上、下夹紧板，安放好浇口杯，准备浇注。

4.3 浇注操作控制

合金浇注应在铸型组合工作和浇注准备工作全部完成后开始。浇包在使用前应清除金属残渣及氧化物，喷刷涂料并烘烤至暗红色；新修浇包在使用前应仔细烤干并涂刷涂料。浇注时用浇口塞堵好浇注孔，浇包嘴应尽量靠近定量浇口杯，一般应不大于200 mm。当铝液注满定量杯后，测量浇注温度，温度在710～720℃时拔出浇口塞。当铝液上升至冒口2/3处时堵上浇口，点浇冒口至满。

4.4 试制期间共浇铸诱导轮本体铸件5件，情况见表3。

表3 铸件力学性能情况Table 3 The mechanical properties of inducer body castings

5 结果分析

我们采用上述工艺浇铸的5件诱导轮本体铸件铸件表面光洁、没有掉砂及砂眼类缺陷。有1件部分冒口根部出现了缩松，经分析认为主要是由于冒口较低造成，经调整冒口套的高度后，缩松消除。另外在铸件上局部出现有不影响使用的缩凹现象，通过改进冒口的形状消除了这类现象。

6 结论

(1)通过采用合理的铸造工艺，并利用冒口及冷铁来调整铸件的凝固顺序，可以获得组织致密的铸件。

(2)缝隙式内浇口的采用可使金属液平稳进入型腔且补缩充分，可防止缩松缺陷。

(3)严格控制浇注操作，浇注后应点浇冒口，提高冒口补缩能力，避免缩松缺陷。

(4)严格各工序的操作，杜绝人为的铸造缺陷。

[1] 罗启全，等编著.铝合金熔炼与铸造.广州：广东科技出版社，2002.

[2] 魏兵，袁森，张卫华，著.铸件均衡凝固技术及应用.北京：机械工业出版社，1998.