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求问熔模铸造铝合金ZL301仪器罩的工艺设计

日期:2019-10-03 09:47

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  介绍了铝合金熔模铸造的特点,铝合金熔模铸造常用的石膏型熔模铸造和陶瓷型熔模铸造工艺,铸造铝合金的精炼、变质、细化工艺和铝合金液的过滤净化技术。关键词:熔模铸造铝合金过滤净化中图分类号:TG146.2;TG249.5文献标识码:B文章编号:1001-2449(2000)06-0048-03近十几年来,在世界铸件的构成中出现了一个引人注目的趋势,这就是铝合金铸件的生产量迅速增长。由于铝合金具有密度小、比强度高等一系列优良特性,广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等行业,尤其在汽车工业中,为了降低油耗,提高能源利用率,产品设计越来越考虑到轻量化,用铝合金铸件代替钢、铁铸件,将是长期的发展趋势。随着国内外航空、航天、汽车、船舶、机械、电子等行业所用零部件的结构向着大型、薄壁、复杂、整体、轻量化的方向发展,使铝合金精密铸造技术得到了迅速的发展。1铝合金熔模铸造的特点[1]1.1可制作大型、薄壁、复杂铸件目前,发达国家可以生产大型的电子设备框架、壳体等铝合金精铸件,最大尺寸可达800~1000mm,壁厚一般为1.5~2.0mm、局部仅为0.75mm,尺寸公差为0.125mm/25mm。1.2铸件表面质量优异精密薄壁铝合金铸件表面粗糙度一般要求严格,其Ra0.8~3.2m。1.3可为结构复杂、薄壁的部件提供整体成形技术零件经机加工后再焊接成组合件,使零部件的复杂程度受到限制,表面粗糙度增加,制造成本上升。而采用精密铸造技术可以使结构很复杂的零部件一次成形。如波音767飞机上的燃油增压泵壳体铸件,由22个蜡模分别压制后再组合成4个组合蜡模,然后把这4个组合蜡模组装成增压泵壳体整体蜡模,用石膏混合浆料灌注成石膏型,在线;可显著提高材料利用率由锻造毛坯经机械加工成形的零件需要切除大量金属,造成金属材料的极大浪费。如用整体精密铸件代替经机械加工再组合的部件,就会大大提高材料利用率,从而显著降低产品的制造成本。1.5可大大缩短产品研制生产周期如美国巡航导弹AGM-89B,其弹体用9个大型整体铸件代替44个铝精密模锻件、机加工件焊接而成的组合件,使导弹的制造工时节省75%,制造成本降低30%。2铝合金熔模铸造工艺2.1熔模制作铝合金的熔点低,浇注温度也低,表面张力大,铝合金液表面易形成氧化膜,因而铝合金液对铸型壁上微小孔穴的复制能力较差,型壁上的微小凸起或夹杂物都会在铸件上造成较大的凹痕。因此,模料的性质和蜡模的表面质量对铝合金铸件的表面粗糙度有很大影响。糊状模料在表面粗糙度低的压型表面也复制不出表面粗糙度低的蜡模。为制得表面粗糙度低的熔模,应采用粘度小、覆型能力强的液态模料高压注射成型。对内腔复杂的铸件,熔模的内腔可采用水溶芯成型。2.2石膏型熔模铸造石膏型的复制性好,可获得尺寸精度高,表面粗糙度低的铸件;石膏型的导热率低,同时又是热模浇注,因此能浇注出比陶瓷型精铸壁厚更薄的铸件[2],有利于薄壁铸件在压力下结晶凝固,能浇注出壁厚不均的薄壁精铸件而不产生缩松和缩孔。因此石膏型熔模铸造主要用于铸造大型、薄壁、复杂、整体的铝合金精密铸件。根据石膏型混合料的水粉比,量取定量自来水注入容器中,再将粉料均匀撒入水中搅拌2~5min,最好将搅拌器与模组箱套同置于真空室内,搅拌与灌浆都在真空下进行,可有效地防止石膏型产生气泡、憋气、浇不足等缺陷。为了稳定工艺,确保质量,搅拌的水温应控制在一定范围,在加水的同时,将其他液态附加剂如正辛醇溶入水中一起加入。石膏型凝固后到脱蜡之前应放置24h,使石膏充分硬化。对于拔模石膏型,拔模后可直接焙烧,无须脱蜡,由于型中没有残蜡,石膏型焙烧温度达到250~400即可,以去除自由水和结晶水。对于熔模石膏型,为了将脱蜡时渗入石膏型内的残蜡烧尽,应该焙烧至650~750。由于石膏型透气性较差,宜采用真空下浇注、负压或离心浇注。2.3陶瓷型壳熔模铸造采用传统的陶瓷型壳熔模铸造法,通过改进工艺可以制造复杂的中、小型铝合金熔模精铸件。由于铝合金熔模铸件壁薄、强度低,铸后只能通过轻轻敲击浇注系统的方法脱壳。但铝合金浇注温度低、密度小,浇注时所产生的动压力和静压力以及热冲击都小。因此,要求型壳具有较高的湿强度、良好的透气性、适当的高温强度和低的残留强度。为了降低型壳残留强度,可以采取以下措施[3]。(1)选用粘度较低、粘接强度较大的粘结剂,如选用硅酸乙酯水解液可能比硅溶胶更有利。(2)减少型壳层次。(3)加大加固层撒砂粒度。(4)降低型壳焙烧温度,在制壳涂料中加入附加物如氧化剂或乳胶等,使型壳的焙烧温度、型壳高温强度和残留强度降低,改善型壳的溃散性和透气性。3铝合金的熔炼工艺熔炼工艺过程是铝合金铸件生产的重要环节,铝合金熔炼不仅要保证合金的化学成分合格均匀,并在很大程度上决定铸件组织的致密程度和力学性能,为此应严格控制合金的熔炼工艺。3.1铸造铝合金的精炼处理铝的化学性质比较活泼,熔炼过程中易与水气反应,发生氧化并吸氢。氢在液态和固态铝合金中的饱和溶解度相差近20倍[4],因此铝合金铸件易产生针孔、夹杂等缺陷。精炼的目的就是去除铝合金液中的气体和非金属夹杂物。铝合金中的气体主要是氢(占85%以上),夹杂物主要是氧化铝。夹杂物和气体是相互作用的,有人测得,当铝合金液中杂质的含量为0.002%和0.2%时,相应的每100g铝合金液中氢含量为0.2ml和0.35ml,在高纯铝中每100g铝合金液中含氢量高达0.4ml时,才会出现气孔,而在工业纯铝中每100g铝合金液中含氢仅有0.1mg时,就会出现气孔,当合金液中杂质的含量0.001%时,即使每100g铝合金液中含氢量达到0.3ml也不会出现针孔[5]。可见除气必须除渣,除渣是除气的基础。减少环境污染及降低生产费用是铝合金精炼技术发展的方向[6],目前国内外采用的精炼方法均存在这样或那样的不足,为此国内外研究者又开发了两类有效的精炼方法,即旋转叶轮法(RID法)和喷射熔剂法(FI法)。RID法使用于较小熔化量的铝合金精炼处理,试验证明RID法的除氢效率是传统的单管喷枪吹气法的3倍。喷射熔剂法于80年代初出现,并很快引起人们的关注,该法精炼处理效果优于传统熔剂法。旋转叶轮法和熔剂喷射法的原理、特点和适用范围见表1[7]。表1旋转叶轮法和熔剂喷射法的原理、特点和使用范围精炼方法工作原理技术特点使用范围熔剂喷射法(FI法)粉状熔剂以惰性气体作载体均匀喷入合金液,增加熔剂与合金液接触面积,增强除渣作用,同时熔剂改变气泡与合金液界面的性质,提高惰性气体的除氢效果精炼效果好,时间短,处理5~10min,100g熔液中的氢含量可降至0.06ml,熔剂用量少,对人体危害小,处理费用低,操作方便,质量稳定,使用干性熔剂时,铝的损耗小适用于除气除渣要求严格和精炼变质或细化一次完成的熔液处理旋转叶轮法(RID法)通过叶轮旋转切割将大气泡打碎成直径约为0.5mm的小气泡,它们均匀分布于合金液中,缓缓上升,可提高除气效果,为改善除渣作用可在惰性气体氮氩中加入5%~10%的氯或氟里昂等活性气体(旋转叶轮转速300~500r/min)除气效率高,可使100g熔液中的氢含量减少到0.06ml,惰性气体不污染环境,不引起合金烧损,并且处理费用低,工艺参数易于控制,重现性好。缺点是石墨制叶轮容易损坏,寿命低适用于各种合金,特别是含镁、钠、锶等易烧损元素的合金3.2铸造铝合金的变质和晶粒细化3.2.1变质处理A-lSi合金变质处理通常采用纯金属、中间合金和熔剂三种方式。钠变质一般采用熔剂方式,Sr,Sb,Te,RE等变质一般采用纯金属,Sr,RE还以中间合金或熔剂形式加入。近年来又开发了Na-Sr,Sr-RE等复合变质剂,取得了较好的效果。如采用w(RE)=0.2%和w(Sr)=0.04%复合变质剂对ZL101合金变质处理获得了单独加入w(Sr)=0.08%的变质效果[8],而且同时减小了铸件的针孔倾向,采用Na-Sr复合变质既解决了Na变质有效期短的问题,又解决了Sr变质潜伏期的问题。3.2.2晶粒细化自40年代起人们就发现在铝合金中加入微量钛和硼能大大的细化晶粒,使初晶-Al由粗大树枝晶变成细小等轴晶。同时改善合金的补缩能力,减小热裂倾向,减小针孔的尺寸和数量,使其分布更为弥散,改善合金的化学、电化学特性和表面质量。目前国内外常用的晶粒细化剂的作用特点及适用范围见表表2各种晶粒细化剂的作用特点细化剂作用特点加入量/%适用合金钛(Ti)Al3Ti,TiC可作为外来晶核,使晶粒细化,对A-lCu系合金细化效果更好,晶粒尺寸可由1~3mm减至0.2~0.5mm0.1~0.15ZL101A,ZL114A等0.2~0.25ZL201,ZL201A等钛硼(Ti+B)Al3Ti,TiB2,AlB2均可作为晶核,细化效果和抗衰退能力均较单独加钛好,中间合金中的钛硼质量比通常为5,而盐类细化剂中的则为7~10Ti:0.25B:0.005ZL205ATi:0.05B:0.01ZL101A,ZL105A锆(Zr)Al3Zr作为非自发核细化晶粒,对A-lMg系合金作用比Ti强0.1~0.15ZL301,ZL205A等4过滤净化技术近十多年来,合金液的过滤净化技术在国内外铸造生产中得到了广泛应用,采用陶瓷过滤片或硬化了的玻璃纤维过滤网[9],去除合金中夹杂,改善铸件力学性能、加工性能、使用性能和提高铸件合格率方面的效果十分显著。对铝合金液的过滤净化可采用柔性玻璃纤维过滤网,将其放入型壳浇口杯中或放入型壳直浇道中,能有效地去除铝液中的非金属夹杂物,并显著地减少砂眼、气孔、渣眼等缺陷,提高合金性能,因此过滤净化技术在铝合金熔模铸造中得到越来越广泛的应用。5结语铝合金熔模铸造技术是近净形化先进制造技术之一,随着铝铸件在国民经济中需求量增加,在21世纪将会得到更加迅速的发展。我们应在铝合金熔模铸造用原辅材料质量的提高、大型薄壁复杂铝合金精铸件整体成形技术、铝合金熔炼质量炉前检测技术、铝合金浇注充填技术等方面开展研究,以提高我国铝合金熔模铸造的技术水平,推动行业技术进步。参考文献1叶荣茂,王惠光,田竞.有色合金薄壁精密铸件铸造工艺的发展和特点.特种铸造及有色合金,1995(2):33~342谭德睿,陈美怡.艺术铸造.上海:上海交通大学出版社,1996.3蒋育华.提高铝合金陶瓷型壳熔模精铸件质量的技术途径和方法.全国熔模精密铸造理论与技术学术研讨会,山东威海,1994.4熊艳才,黄志光,王文清.铝及铝合金含氢量直接测定的研究与进展.特种铸造及有色合金,1995(4):12~155康积行,付高升.铝熔体中夹杂物和气体的行为.特种铸造及有色合金,1995(5),5~86杨长贺.面向21世纪的铝液除氢净化技术.特种铸造及有色合金,1999(增刊):109~1117航空制造工程手册.北京:航空工业出版社,1994.8李沛勇,贾均,郭景杰.亚共晶A-lSi合金熔体处理的研究进展.特种铸造及有色合金,1997(2):36~399陈纟采中,佘植中,周善民等.钢精铸件过滤技术的研究.特种铸造及有色合金,1998(1):18~21

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