用V法造型铸造ZL101A-T6铝合金耐压罐体的工艺试验研究

作者:庞胜仑;徐通生;赵松庆;王宏伟;翟瑞锋 刊名:铸造技术 上传者:王鉴清

【摘要】使用中频感应炉熔化,坩埚保温炉变质精炼的熔炼方法,采用阶梯底注式浇注系统,用V法铸造ZL101A-T6铝合金耐压罐体,结果发现,此工艺减少了铝液二次氧化带来的夹渣,消除了法兰密封面弥散性针孔和大片网状气缩缺陷,解决了因壁厚不均产生缩松造成气密性差的问题,通过批量生产验证,一次检漏合格率达到92%以上。研究结果同时也为今后V法铸造铝合金耐压罐体铸件提供了技术保证。

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大型ZL101A-T6铝合金耐压罐体是高压输变电装备关键部件,要求15年不检修,需逐件进行水压、气压强度试验和SF6气密性检漏试验。为了提高耐压罐体的尺寸精度和捡漏合格率,降低生产成本,缩短制备周期,经过论证和现场实验,选用中频感应炉熔化加坩埚保温炉变质精炼的双联熔炼方法和V法加自硬树脂砂制芯联合铸造工艺。通过V法阶梯底注和侧注式浇注系统,减少铝液二次氧化夹渣;铝液充型平稳,不易发生紊流,消除了铸件法兰密封面弥散性针孔和大片网状气缩缺陷,解决了因壁厚不均产生缩松造成气密性差的问题,获得了轮廓清渐、尺寸精确的耐压罐体铸件。1耐压罐体的结构特点耐压罐体的材质为铝合金ZL101A-T6,罐体尺寸1272mm862mm720mm(见图1);重372kg,毛坯重量520kg;硬度HB90;水压试验:压力1.72MPa/5min,气压试验:压力0.60MPa。2耐压罐体V法铸造的工艺流程图2为V法铸造工艺过程。2.1中频感应炉和坩埚保温炉双联熔炼采用300kW6、50kg中频感应熔炼炉熔化铝锭,每小时600~750kg,温度控制精确,使铝液温度始终控制在730以下,有效避免了吸氢和氧化。由于熔图1耐压罐体Fig.1WinstandTank图2V法铸造工艺过程Fig.2TechnologypocessofwinstandtankbyVmouldingcasting炼速度快,铝液含气量和夹杂物少,纯净度和成分精度较高。出炉前补加稀土等微量元素,待电磁搅拌均匀后将铝液转移至350kg坩埚保温炉,加精炼剂和变质剂处理,温度保持在710~720,约15min,浇注。2.2阶梯式底注和侧注式浇注系统的设计2.2.1原工艺按照耐压罐体传统浇注系统的设计方案,即采用的二箱造型、底注式浇注方案,内浇道从铸件下部的法兰处引入。结果位于分型面上与法兰的端面有气孔及夹渣等铸造缺陷,罐体上有大片网状夹渣缺陷。因铸件全部存在同一缺陷,说明不属于偶然因素所致。由于耐压罐体浇注重量(约520kg)较大,主体处存在过大的弧面。考虑到底注最大的优点是充型平稳,但在型腔中形成的温度梯度是上低下高,不利于顶部冒口补缩,同时浇注重量过大时,底注式浇注造成下部内浇道周围处的型砂过热,造成内浇道附近部位铸件缩松。因此,大片网状气缩缺陷可能与浇注系统的开设位置及形式有关,决定将原底注系统改为阶梯底注和侧注式浇注系统。2.2.2改进后工艺浇注系统如图3所示:浇注开始时,铝液通过最下层的内浇道引入,随着型腔内液面的上升,当达到分型面时因内浇道截面加大,且下部型腔内铝液温度降低、粘度增大,大部分铝液通过立柱从中层内浇道浇入;型腔内液面继续上升达到最上层内浇道高度时,通过立柱又从该层内浇道注入了温度较高的铝液。这样不但保证了型腔上部及顶部冒口的铝液温度,形成正温度梯度,有利于冒口补缩及型腔中的气、渣的上浮和排出,也避免了底注时全部铝液都通过下型腔,造成不必要的紊流、二次造渣及型腔局部过热,同时还具备了底注时浇注初期的充型平稳性;另外,浇注初始瞬间因流态相对不平稳而卷入的气体可通过立柱排出。开始浇注的瞬间不能让铝液充满立柱,否则就会在该瞬时上、下内浇道同时进铝液,而此时型腔液面还很低,上、下两层内浇道所进铝液因落差较大而造成二次氧化、夹渣及吸气。经多次试制,铸件已完全消除了网状气缩缺陷,水、气压试验一次通过。由于V法造型工艺中铸件表面的冷却速度要比湿型的快。在浇注时浇注速度较快,该铸件的浇注时间为56~60s。图3阶梯式底注和侧注式浇注系统Fig.3Ladderbottomandsideinjectingtypeg

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