異構(gòu)骨架的制備

異構(gòu)骨架的制備

低價位、高能耗、良好的鑄造性能、大小批積等優(yōu)點。它一直是武器裝備研發(fā)的熱點。近年來武器裝備輕量化要求的提出，對具有高強度、良好耐磨、耐腐蝕的鑄造鋁合金的需求越來越迫切。隨著鋁合金鑄造工藝的逐漸成熟，鑄造鋁合金在艦船裝備中的應(yīng)用也越來越多。艦炮和導(dǎo)彈發(fā)射裝置等武器裝備的控制柜、架體、箱體等諸多鑄件均采用了鑄造鋁合金材料1鑄造技術(shù)要求和結(jié)構(gòu)特點1.1混凝土材料要求異構(gòu)骨架要求材質(zhì)為ZL104，Ⅱ類鋁合金鑄件，T6熱處理狀態(tài)。根據(jù)國家標準GB/T1173—2013鑄造鋁合金的要求，鑄件化學(xué)成分必須滿足表1要求，鑄件力學(xué)性能必須滿足表2要求。鑄件機械加工面較多，加工后表面質(zhì)量需滿足Ⅱ類鑄件標準要求。1.2鑄件結(jié)構(gòu)分析異構(gòu)骨架鑄件毛坯重量約58kg，最大外輪廓尺寸為1150mm×660mm×300mm，主體壁厚11mm，局部壁厚18mm，如圖1所示。鑄件整體呈對稱結(jié)構(gòu)，加強筋較多，加強筋交叉處、鑄件壁交接處、凸臺位置容易產(chǎn)生縮松、縮孔等缺陷；鑄件空腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，壁薄鏤空會影響金屬液充型，且砂芯設(shè)計難度較大。ZL104鋁合金具有良好的鑄造性能、抗蝕性和切削性能，強度和硬度一般，需要通過T6熱處理來進一步提高鑄件力學(xué)性能2工藝設(shè)計2.1造型材料與民族融合異構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有多處角度和圓弧面結(jié)構(gòu)，更適宜采用手工進行組芯造型。造型材料選擇呋喃樹脂砂。砂型表面采用醇基涂料涂抹均勻，并進行點火烘干。造型時將冒口、澆口杯設(shè)置在上箱。澆注系統(tǒng)設(shè)置在砂芯中，各砂芯組合成整體芯，砂芯外使用濕型砂和砂箱緊固。底箱作為基準平面，使用前進行平面校準。2.2面部表情模具材質(zhì)為紅松，各芯盒采用拆分式的結(jié)構(gòu)，便于起模。起模方向設(shè)置起模斜度，加工余量設(shè)置為5mm，收縮率取1.2%。2.3澆注、清砂及熱處理在鑄件兩側(cè)面位置設(shè)置工藝筋，如圖2所示，一方面，防止鑄件敞口角度在澆注、清砂及熱處理的過程中產(chǎn)生變形；另一方面，可以加強澆注時兩側(cè)臂之間的鋁液流動，保證金屬液充型順暢。此外，該工藝筋還可作為機械加工工藝臺，方便機械加工時裝卡，在機械加工完成后邊切削去除。2.4砂芯組合造型方案異構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，腔體較多，內(nèi)部分布有交叉的加強筋，直接造型極為困難，因此采用砂芯。鑄件多處角度、圓弧結(jié)構(gòu)增大了砂芯分型和定位難度。鑄件整體厚度尺寸較大，如采用整體外皮，敲擊取模時容易損壞模樣，甚至造成砂芯變形，且這種方法在下芯時不易測量組合尺寸，操作難度較大，不利于鑄件尺寸一致性的保持。綜合考慮后決定采用砂芯組合的形式進行造型，砂芯方案見圖3。根據(jù)砂型的不同作用可將各個砂芯分為三類：第一類，中心芯，這類砂芯主要形成的是鑄件的外形，是砂芯中的關(guān)鍵部分，對于鑄件的形狀尺寸都具有重要的作用；第二類，澆注系統(tǒng)砂芯，這類砂芯的主要作用在于承載了澆注系統(tǒng)；第三類，貼皮芯，這類砂芯圍合在中心芯周圍形成外皮。砂芯組合造型的關(guān)鍵在于砂芯之間定位必須明確，保證位置準確。各砂芯依靠彼此之間的定位結(jié)構(gòu)組成整體砂芯，砂芯組合造型后利用砂箱及濕型砂進行緊固定位，防止各砂芯因金屬液的流入而漲裂變形2.5采用半封閉式澆注系統(tǒng)將鑄件橫向放置，為了快速平穩(wěn)充型，保證金屬液充型順暢，采用兩側(cè)隙縫式澆注方法。這種澆注方法的優(yōu)點是，澆注時液流沿鑄型高度方向自下而上順序通過縫隙澆口，平穩(wěn)充填鑄型，既有利于排氣排渣，又具有自下而上順序凝固條件，有利于冒口及時補縮考慮到砂型鑄造易產(chǎn)生夾雜，所以采用半封閉式澆注系統(tǒng)。設(shè)置專用澆注系統(tǒng)，直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道總截面積比為∑F2.6收縮系統(tǒng)采用熱節(jié)圓法（即Φ3砂芯的制作驗收按照工藝設(shè)計方案進行一型一件的工藝布局。造型操作前工藝人員對模具結(jié)構(gòu)、尺寸及配合性進行檢查，確定無誤后投入生產(chǎn)。造型操作前對模具涂抹脫模劑，涂抹要適量、均勻，徹底晾干后制備砂芯。澆注速度控制在18～20s內(nèi)，整個鑄造過程穩(wěn)定。澆注結(jié)束8h后進行淬火和完全人工時效熱處理操作。3.1保溫爐內(nèi)鎂塊的處理采用中頻感應(yīng)電爐對鋁合金進行熔煉，當溫度達到710℃時，將鋁液倒入電阻保溫爐內(nèi)，升溫到680～700℃時補充鎂塊，之后進行精煉、變質(zhì)處理。處理完成后在爐前采用純凈鋁液制作試塊，冷卻凝固后進行光譜分析檢測，確定化學(xué)成分合格后以備澆注。采用吊包澆注，控制澆注溫度于690～700℃范圍內(nèi)。3.1.1精密度與時間精煉的主要目的是清除熔液內(nèi)的氣體和非金屬夾雜物，均勻合金成分。精煉溫度為710～735℃。將占爐料重0.15%～0.2%經(jīng)干燥的精煉熔劑放入鋁液中。精煉15min后扒去表面熔渣。精煉過程并不能完全去除鋁液中的氣體，還需要進行二次除氣操作，精煉完成后靜置15min，再使用精煉機進行15min的除氣，該操作中只通氣，不通粉。3.1.2鋁鉻變質(zhì)劑添加量的確定變質(zhì)的目的是細化晶粒，提高鑄件性能。鋁液達到規(guī)定變質(zhì)溫度720～730℃后進行變質(zhì)處理。稱取新料量0.2%～0.6%的鋁鍶變質(zhì)劑，徹底干燥后壓入鋁液中。鋁鍶變質(zhì)可優(yōu)化共晶硅形態(tài)及分布，改善力學(xué)性能，提高鋁液流動性。變質(zhì)40min后方可澆注。變質(zhì)處理完成后對變質(zhì)效果進行判定，合金液呈光亮的鏡面，澆注試棒時，斷口呈銀白色，組織細小如絲絨狀證明變質(zhì)良好。3.2加熱設(shè)備鑄件在熱處理前應(yīng)清砂，去除澆冒口，且保證表面潔凈、無油污及其他腐蝕性物質(zhì)，不允許有扭曲、裂紋、夾砂等宏觀缺陷。3.2.1冷卻介質(zhì)對冷卻條件的要求采用較大型下落式淬火爐對鑄件毛坯進行淬火處理，設(shè)置保溫溫度為（535±5）℃，保溫時間為6h，冷卻介質(zhì)為60℃熱水。裝爐時，零件應(yīng)合理堆放，不允許在其角度方向上方放置重物，以免變形；保證風路暢通，使零件受熱條件和冷卻條件基本一致。淬火處理完成后及時對鑄件進行基本的尺寸測量，并進行校形。3.2.2時效處理系統(tǒng)的設(shè)置淬火處理完成后的鑄件經(jīng)至少8h室溫放置后方可進行人工時效處理。采用臺式時效爐對鑄件進行時效處理，設(shè)置保溫溫度為（175±5）℃，保溫時間為10h，保溫結(jié)束后采用空氣冷卻。時效處理結(jié)束，對鑄件尺寸進行檢測，隨爐試料進行力學(xué)性能測試。4局部分型面出現(xiàn)小批縫經(jīng)檢驗鑄件毛坯整體質(zhì)量良好，輪廓清晰，內(nèi)外表面平整，未發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔、縮松、冷隔等鑄造缺陷。局部分型面出現(xiàn)輕微批縫，打磨清理即可，如圖5所示。對隨爐試樣進行檢驗，鑄件化學(xué)成分檢測結(jié)果符合技術(shù)條件要求，如表3所示；力學(xué)性能檢測結(jié)果符合技術(shù)條件要求，如表4所示。通過后期機械加工檢驗，鑄件尺寸合格，且已加工面無目視缺陷，已經(jīng)通過客戶聯(lián)合驗收。5砂芯組合的影響(1）兩側(cè)縫隙澆注方法的使用，有效避免了薄壁鑄件在澆注