CN112775414A - 一种铝合金风机叶片的低压铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，涉及风机叶轮铸造技术领域，包括以下步骤：1、配制铝合金溶液；2、细化、变质；3、精炼除气；4、浇注；4、校型；5、检验。通过对铝合金材料的变质，使材料性能更稳定，合金性能达到最优；通过在浇注过程中，对模具进行分区加热，可以保证模具按顺序冷却收缩，保证叶片不出现表面和内部质量问题；通过检验，可以保证不良品不流入市场。

Description

一种铝合金风机叶片的低压铸造方法

技术领域

本发明涉及风机叶轮铸造技术领域，特别涉及一种铝合金风机叶片的低压铸造方法。

背景技术

风机叶轮在使用过程中高速旋转，承受非常大的离心力，并经受粉尘等碰撞和摩擦，要求叶轮材料具有高抗拉强度、高屈服强度、高延伸率，并具有一定的硬度和耐腐蚀性，以满足风机产品规定的安全性和可靠性。同时，高速旋转的环境下，材料轻量化会带来很大的经济效益。铝合金产品由于具有密度低、耐腐蚀、加工方法简单等特性，在风机产品上的使用非常广泛。

风机叶轮的叶片采用铝合金材料制成，铝合金叶片属于长薄壁件，固溶处理后变形严重。传统浇注方法，存在以下几点问题：1、传统浇注，为了减少叶片的变形，在铸件上方或侧面加大补缩冒口，提高模具温度和浇注温度，不仅成本较高，而且还引起晶粒粗大，疏松、夹渣缺陷增多，从而导致性能不足。2、传统校型方法，极易导致产品裂纹和受伤，合格率偏低，成本增高。3、含硅量高的铝合金，α枝晶间容易产生大块的片状和针状硅，撕裂基体，引起应力集中，导致抗拉强度和延伸率不达标，而传统的钠盐变质处理，容易变质衰退，无法长久的起到改变硅形态，改善性能的作用。

发明内容

针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，此铝合金风机叶片的低压铸造方法铸造的风机叶片整体合格率高，成本低，而且抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度都达标。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，包括以下步骤：

步骤一：配制铝合金溶液，将原材料放到熔铝炉内进行熔化；

步骤二：细化、变质，向铝合金溶液内加入细化剂、变质剂进行细化、变质；

步骤三：精炼除气，通高纯氩(Ar含量≥99.99％)进行精炼除气，然后撇渣。

步骤四：浇注

(1)合模，将低压铸造机上的风机叶片模具在工作表面上喷涂保温绝热涂料；

(2)调整模具温度，将风机叶片模具进行分区加热，各区之间形成温度差，各区从上而下温度逐渐升高；

(3)浇注完成后，卸压取出叶片铸件；

其中，步骤四中所述调整模具温度中进行模具分区加热，通过在模具不同位置上设置加热棒，通过加热棒设定模具上部1/3处温度为 360℃，模具中部温度为380℃，模具下部1/3处温度400℃，形成 20℃温度差。

其中，步骤一中所述的铝合金溶液包含以下质量百分比的化学成分：Si6.5～7.5％,Fe≤0.19％,Cu≤0.05％,Mn≤0.10％,Mg0.35～0.45％,Zn≤0.07％,Ti≤0.25％,其余不可避免的微量杂质杂质每项≤ 0.03％，杂质总和≤0.10％，其余为Al。

其中，步骤二中所述细化剂、变质剂为Al-Ti-C合金和Al-Sr合金。

其中，所述的Al-Ti-C合金添加质量为炉料总质量的0.2％，所述Al-Sr合金中Sr添加量占炉料总质量≥0.035％。

其中，所述一种铝合金风机叶片的低压铸造方法还包括步骤五校型，通过制作与叶片铸件叶型仿形一致的工装进行校型，所述工装通过上、下合模对所述叶片铸件进行校型，校型后的叶片铸件进行时效处理。

其中，所述一种铝合金风机叶片的低压铸造方法还包括步骤六检验，对时效处理后的所述叶片铸件进行检验，所述检验分为外观检验、内部质量检验和性能检验。

其中，所述外观检验是通过对叶片进行荧光渗透。

其中，所述内部质量检验是通过对叶片进行X光射线检验。

其中，所述性能检验是通过对叶片特定位置取样，制成标准试棒。

其中，所述加热棒通过智能温控器控制。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1、通过对风机叶片模具分区加热，引导叶片铸件在凝固过程中顺序冷却，不会因为冷却顺序导致的叶片收缩不良，从而保证叶片整体质量。与现有技术相比，不需要再单独加大补缩冒口，大大降低了生产成本，而且铸件表面质量明显改善。同时，由于风机叶片模具在冷却时可控，可以采用较低的铝合金液温度(相对现有技术中，铝液温度最高温度至少670℃以上，而通过分区加热，可以使铝合金液在最高温度时仅为640℃即可)，可以实现铝液的快速冷却，节约成本，分区冷却降低了铸件出现偏析、夹渣、气孔、粗大晶粒等现象，提高产品的性能。

2、通过设计叶片叶型一致的校型工装，解决了叶片固溶后变形严重的问题。最后通过荧光和X光检查，从而防止不合格流出。

3、通过使用铝钛碳合金对铝液进行晶粒细化，并使用长效变质剂铝锶合金对铝液进行变质处理。通过细化和变质的联合处理，晶粒细化，硅形态变为细小圆形颗粒，合金性能达到最优。

综上所述，本发明一种铝合金风机叶片的低压铸造方法解决了现有技术中铝合金风机叶片制作成本高，生产合格率低的技术问题，本发明一种铝合金风机叶片的低压铸造方法生产成本低，而且生产合格率大大提高，生产的风机叶片性能达标。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

一种铝合金风机叶片，其长度为700mm,最薄处叶片壁厚2.7mm。要求风机叶片外表面铸造光滑平整，内部组织致密，无缩孔、缩松、夹渣、裂纹，整体合格率达到85％以上，抗拉强度≥270MPa,屈服强度≥228MPa,延伸率4％，硬度≥83HB。制备此铝合金风机叶片使用本发明所述的铝合金风机叶片的低压铸造方法，包括以下步骤：

步骤一：配制铝合金，将包含以下质量百分比的化学成分：Si6.5～7.5％,Fe≤0.19％,Cu≤0.05％,Mn≤0.10％,Mg0.35～0.45％,Zn ≤0.07％,Ti≤0.25％,其余不可避免的微量杂质，杂质每项≤0.03％，杂质总和≤0.10％，其余为Al的铝合金放到熔铝炉内进行熔化，熔炼炉温度调至680～720℃，搅拌25～30min，待固体铝合金完全熔化。其中不可避免的微量杂质包括Na、Ga等。

步骤二：细化、变质，将步骤一所融化的铝合金液温度升到740℃，然后进行添加细化剂、变质剂。本发明优选细化剂、变质剂为添加 Al-Ti-C合金和Al-Sr合金。其中Al-Ti-C合金添加质量为炉料总质量的0.2％，所述Al-Sr合金中Sr的添加量占炉料总质量≥0.035％。通过加入Al-Ti-C合金对铝液进行细化处理，钛是细化晶粒效果很好的元素，形成TiAl3成为初晶α枝晶的异质结晶核种，能有效地细化晶粒和防止铸造裂纹。通过加入Al-Sr合金，可以使铝合金变质效果比钠盐持久，而且对熔炼炉的腐蚀性也比钠盐小，不产生对人体和环境有害的气体，一般有80-90％的良好变质合格率。实际应用中还可以添加其他变质剂，如铝锑合金、铝钡合金等，本发明对此不作限制。

步骤三：通高纯氩(Ar含量≥99.99％)进行精炼除气，时间为 40分钟；然后进行撇渣，降温至710℃，等待浇注；

步骤四：浇注

(1)合模，将风机叶片模具装到低压铸造机上，在风机叶片模具工作表面喷涂保温绝热涂料；保温绝热涂料为滑石粉、云母和二氧化钛为主料的水基涂料。

(2)调整模具温度，将风机叶片模具进行分区加热，各区之间形成温度差，各区从上而下温度逐渐升高，从而使叶片铸件凝固时形成从上到下顺序冷却的凝固场；本发明优选的将风机叶片模具分成三个区域，在风机叶片模具不同位置上设置加热棒，通过加热棒设定模具上部1/3处温度为360℃，模具中部温度为380℃，模具下部1/3 处温度400℃，形成20℃温度差。实际设计中还可以根据铸件模具的大小设计成四个或五个区域，温度差也可以根据实际模具的大小进行设定，本发明对此不作限制。

(3)设定浇注参数；设定浇注参数为充型压力为0.04Mpa,充型速率为80mm/s，保压压力为0.06MPa,保压时间600s。

(4)整个浇注完成后，卸压，取出叶片铸件；

步骤五：校型

步骤三叶片铸件固溶处理后，放置在校型工装上，校型工装采用和叶片铸件叶型一致的工装，通过将校型工装的上下工装轻轻合模，校正叶片铸件的叶型。校型工装分为整体校型工装和小型校正工装，整体校型工装，通过油压顶，将叶片叶型整体校正。小型校正工装对叶片铸件局部进行微调。叶片校正完毕后，立即进行时效处理，消除应力。

步骤六：检验，检验分为外观检验、内部质量检验和性能检验。外观检验、内部质量检验是通过对叶片进行荧光渗透和X光射线检验，保证叶片表面和内部缺陷不超过规定标准。性能检验是通过对叶片特定位置取样，制成标准试棒，然后检验性能。

本发明通过在浇注过程中，对模具进行分区加热，可以保证模具按顺序冷却收缩，保证叶片不出现表面和内部质量问题；通过检验，可以保证不良品不流入市场。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：配制铝合金溶液，将铝合金原材料放到熔铝炉内进行熔化；

步骤二：细化、变质，向铝合金溶液内加入细化剂、变质剂进行细化、变质；

步骤三：精炼除气，通高纯氩（Ar含量≥99.99%）进行精炼除气，然后撇渣；

步骤四：浇注

（1）合模，将低压铸造机上的风机叶片模具在工作表面上喷涂保温绝热涂料；

（2）调整模具温度，将风机叶片模具进行分区加热，各区从上而下温度逐渐升高；

（3）浇注完成后，卸压取出叶片铸件。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，步骤四中所述调整模具温度中进行模具分区加热，通过在模具不同位置上设置加热棒，通过加热棒设定模具上部1/3处温度为360℃，模具中部温度为380℃，模具下部1/3处温度400℃，形成20℃温度差。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，步骤一中所述的铝合金溶液包含以下质量百分比的化学成分：Si6.5～7.5%,Fe ≤0.19%,Cu≤0.05%,Mn≤0.10%,Mg0.35～0.45%,Zn ≤0.07%,Ti≤0.25%,其余不可避免的微量杂质杂质每项≤0.03%，杂质总和≤0.10%，其余为Al。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，步骤二中所述细化剂、变质剂为Al-Ti-C合金和Al-Sr合金。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述的Al-Ti-C合金添加质量为炉料总质量的0.2%，所述Al-Sr合金中Sr添加量占炉料总质量≥0.035%。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述一种铝合金风机叶片的低压铸造方法还包括步骤五校型，通过制作与叶片铸件叶型仿形一致的工装进行校型，所述工装通过上、下合模对所述叶片铸件进行校型，校型后的叶片铸件进行时效处理。

7.根据权利要求1或6所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述一种铝合金风机叶片的低压铸造方法还包括步骤六检验，对时效处理后的所述叶片铸件进行检验，所述检验分为外观检验、内部质量检验和性能检验。

8.根据权利要求7所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述外观检验、内部质量检验是通过对叶片进行荧光渗透和X光射线检验。

9.根据权利要求7所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述性能检验是通过对叶片特定位置取样，制成标准试棒。

10.根据权利要求2所述的一种铝合金风机叶片的低压铸造方法，其特征在于，所述加热棒通过智能温控器控制。