宣布时间：2022-01-07点击：2817
摘要：铝合金棘轮是高速铁路接触网系统中的要害部件 ，接纳低压铸造成型工艺举行生产主要是包管棘轮的力学性能及疲劳性能。对ZL114A铝合金棘轮低压铸造历程中容易泛起的铸造缺陷举行剖析 ，提出控制步伐 ，从而包管棘轮的铸造质量。
要害词：棘轮 ；铝合金 ；低压铸造 ；铸造缺陷 ；控制手艺
棘轮下锚装置是一种机械赔偿器 ，是高速客运专线牵引供电接触网系统中的主要组成部分 ，对接触网整体清静性能起着主要作用。在一样平常的运行历程中 ，供电接触网系统中的悬挂索会因情形温度的转变引起长度的伸缩 ，从而引起接触网张力的转变。为了确保接触网张力的恒定 ，棘轮下锚装置通过调解坠砣行程和坠砣数目 ，对接触悬挂线索伸缩转变举行赔偿 ，包管整个供电网的清静。
图1为棘轮下锚装置 ，棘轮是下锚装置中***主要的部件。它是由轮辋、棘齿、轮毂、轮辐等组成 ，形状为典范回转体结构 ，具有壁厚不匀称、轮廓较为重大等特点。
棘轮的质量决议了棘轮下锚装置的可靠性 ，及对接触网张力赔偿的恒定性。这就要求通过低压铸造的铝合金棘轮不但具有强度高、抗疲劳强度好 ；同时 ，由于在室外恒久事情 ，还必需具有一定的耐大气侵蚀和耐晶间侵蚀的性能。而要包管这些性能 ，就要通过低压铸造的棘轮的质量来获得：铸件铸造缺陷要少 ，外貌质量要高 ；铸件晶粒度要小 ，组织要致密。
一、棘轮的低压铸造
1.1棘轮的质料
现在 ，海内外接触网棘轮本体一样平常接纳铝合金制造 ，海内接纳牌号为ZL114A（ZAlSi7Mg1A）的铸造铝合金 ，它是在ZL101A铝合金基础上增添镁含量生长起来的Al－Si－Mg系高强度铸造铝合金。不但具有较高的力学性能 ，如高强度、高韧性 ；还具有较好的铸造工艺性 ，如优异的流动性、气密性和抗热裂性。该合金在轨道车辆、航空航天等领域应用普遍。表1为ZL114A铝合金的化学因素 ，表2为ZL114A铝合金的力学性能。
1.2 棘轮低压铸造
棘轮低压铸造是一种接纳电磁泵系统在低压力和低速率条件下对棘轮模具型腔举行填充的铸造要领 ，介于重力铸造和压力铸造之间 ，是在金属型铸造基础上积累履历而生长起来的一种铸造要领［1～2］。其事情原理是：棘轮铸造模具被安排在一个密闭的熔炼炉上面 ，棘轮模具型腔与熔炼炉里熔化的铝液通过一定尺寸的升液管相连 ；生产时 ，将铝合金在熔炼炉里加热熔化后 ，使用压缩惰性气体给熔炉里铝液施加一定的压力 ，将铝液通过升液管压入到棘轮模具型腔 ；进入到模具型腔的铝液在与温度较低的模具相接触时 ，铝液遇冷在压力状态下逐渐凝固成形 ；浇注完成后 ，减小液面上的压力 ，升液管中未凝固的铝液会回流到熔炉中。如图2为棘轮低压铸造原理图。
二、铝合金棘轮低压铸造缺陷剖析
2.1 棘轮中常见的铸造缺陷
铝合金棘轮低压铸造历程中主要爆发氢气孔、裂纹、缩孔缩松及氧化膜夹杂等问题。
2.1.1 棘轮中的氢气孔
氢气孔是铝合金棘轮低压铸造历程中保存的一种主要缺陷 ，与氢在铝合金中的消融度转变及扩散机制有关。图3为差别温度下氢在铝合金中的消融度 ，从图中可以看出 ，氢在铝合金液中的消融度远远大于在固态铝合金中的消融度 ，氢在液态铝中的消融度也是随着温度的升高而增大。氢在固态铝中的消融度约为0.039ml/100g－A1 ，氢在液态铝中的消融度约为0.69ml/100g－A1 ，两者相差约20倍。在浇注历程中 ，若是成型模具的温度较量低 ，铝液凝固的速率较快 ，那么铝液在凝固历程中就会有较多的氢被释放出来 ，这就为氢气孔的形成提供了条件［3～5］。氢气孔大大都保存于铸件外貌 ，呈螺钉状断口。
图4为铸造车间情形中水分压在年度内转变的转变情形 ，生产履历显示 ，每年的6～9月份 ，铝合金铸件中氢气孔的数目会增添 ，这批注在天气湿润的月份 ，即情形中水分压大的月份生产的铸件中氢气孔增添。
2.1.2 棘轮中的裂纹
低压铸造铝合金棘轮中的裂纹不但对生产本钱、生产效率有影响 ，并且***要害的是影响到高速铁路的行车清静。
棘轮接纳ZL114A铝合金低压铸造而成 ，它的线膨胀系数大 ，凝固时缩短率大 ，在铸造历程中易成较大的羁绊应力 ，而大的羁绊应力是棘轮在铸造历程中爆发裂纹的基础缘故原由。棘轮铸造历程中爆发的裂纹一样平常有冷裂纹和热裂纹。铝合金铸件冷却较低温度 ，在其固相线温度以下 ，铸件内的应力若是凌驾质料自己的极限强度 ，就会形成冷裂。棘轮的冷裂纹一样平常泛起在与模具接触的棘轮棘齿外貌 ，裂纹断口外貌特征是外貌会爆发稍微的氧化征象。热裂纹爆发于合金的凝固历程当中 ，ZL114A铝合金是共晶型合金 ，其凝固结晶是在一定的温度区间举行的 ，热裂纹倾向与这个温度区间有很大关系。这个区间越大 ，裂纹率就越高。而低压铸造的速率不可能很快 ，这个温度区间相对较大。在铸件凝固后期 ，树枝晶枝晶间保存少量未凝固的液态薄膜 ，在较大的羁绊应力作用下 ，枝晶内的液态薄膜就会被拉裂 ，这时若是铝液来缺乏增补或者没有足量的铝液来增补 ，就会形成热裂纹。热裂纹外貌会因强烈氧化而泛起出暗色或玄色的特征［3 ，6～7］。
通过铸造历程剖析 ，铸造工艺参数的转变、棘轮的结构是否合理、浇注时模具的温度控制等许多因素都对铸件爆发羁绊应力有影响 ，若是羁绊应力大则导致爆发裂纹。
2.1.3 棘轮中的缩孔缩松
缩孔和缩松缺陷是铝合金低压铸造棘轮铸造历程中不可阻止的缺陷 ，一样平常多泛起在棘轮的轮辐和轮心处。棘轮在铸造历程中铝液经浇口由轮心通过轮辐横浇道流向轮辋、棘齿部位 ，在轮辐的根部会有热节泛起。轮心和轮辐部位的壁厚较厚 ，铝液温度高 ，在随后的冷却时缩短较大 ，这时若是得不到很好补缩 ，凝固部位就很容易爆发因补缩缺乏而泛起缩松、缩孔缺陷。从棘轮现实生产来看 ，轮辐、棘齿及轮心部位都是该缺陷易泛起的部位。
图6所示为铝合金棘轮在低压铸造中轮辐部位泛起的缩松缩孔。缩孔在显微组织中特征为大的孔洞 ，形状不规则、外貌不平滑 ；而缩松的显微特征体现为细小孔 ，外貌平滑 ，但漫衍较量疏散。岂论是爆发缩孔照旧缩松缺陷都会降低质料的伸长率 ，并且对产品的抗攻击性能、抗疲劳寿命都有很大的影响。
2.1.4 棘轮中的氧化膜
铝合金易氧化 ，在棘轮的低压铸造历程中 ，熔化的铝液在与棘轮模具内的空气接触时会在外貌形成厚度很薄的氧化膜 ，这些氧化膜会被夹带在铝液中影响铝液的流动性能。在浇铸历程中 ，氧化膜作为障碍物会导致铝液的回流 ，引起铸件局部欠浇 ；也会由于氧化膜的折叠使铸件爆发热裂纹 ，有时还会爆发气孔。氧化膜若是保存于棘轮的外貌 ，那么在棘轮脱模时 ，会因这些氧化膜脆性大 ，无法遭受脱模时的应力而爆发剥落 ，从而导致棘轮外貌狼籍不齐 ，影响棘轮外貌质量及后续的处置惩罚。图7所示为氧化膜缺陷。
2.2 影响棘轮铸造缺陷的五要素
从棘轮铸造生产治理的角度看 ，影响产品质量的因素归纳综合起来有：职员、装备、质料、工艺要领和生产情形五要素 ，简称为：“人、机、料、法、环”。每个要素对差别工序的影响有很大差别 ，应详细剖析。图8所示出影响棘刺轮铸造生产的五要素 ，而上述的主要缺陷的爆发就是与这五要素有关。
三、棘轮低压铸造缺陷的控制
3.1 从“人”的角度举行控制
（1）增强对工人举行岗位培训 ，提高实践操作手艺水平 ；一样平常生产中 ，形成以老带新的机制 ，包管生产的顺遂举行。
（2）手艺员要熟知整个生产工艺的主要节点 ，按期地团结生产中的案例对工人举行工艺宣讲 ，让工人从理论上掌握工艺规程。
（3）在浇铸铝液时 ，工人要控制好铝液的流动状态 ，***好的浇注状态是层流态。
3.2 从“机”的角度举行控制
（1）对棘轮浇铸系统举行手艺刷新 ，主要是升液装置。一样平常可以通过镌汰升液管的长度、扩大保温层的厚度及增大升液管的直径这三方面刷新升液装置。
（2）棘轮模具方面 ，应适当加大开模行程�？Ｐ谐袒嵊跋斓焦と硕阅＞呔傩屑觳橐约跋煊Φ恼淼乃� ，从而影响到棘轮的制品率。
（3）接纳保温性能较好的陶瓷浇口套。
3.3 从“料”的角度举行控制
（1）原质料要清洁 ，熔体要举行精炼 ，以消除非金属夹杂物及氢的影响。
（2）熔炼铝合金时 ，在铝液中加入含量为0.1％的AlTi5B ，可改善铝液质量 ，细化晶粒。
（3）提高炉膛内惰性气体的纯度。
3.4 从“法”的角度举行控制
（1）接纳合理的铸造工艺 ，以包管铸件产品的质量。
（2）在模具浇口前加过滤网 ，阻止铝液中夹带过多的氧化膜。
（3）关于形状重大的棘轮 ，在浇铸时为了避免欠浇、泛起铸造缺陷�？煽刂坡烈航阶⒌乃俾� ；适当提高模具的加热温度 ，延伸棘轮在模具中的停留时间 ，降低铸件的冷却速率。
（4）在棘轮铸造历程中引入超声波振下手艺 ，细化棘轮的显微组织 ，提高其组织致密度 ，改善棘轮的力学性能。
3. 5 从“环”的角度举行控制
（1）注重浇铸情形的转变 ，特殊是车间湿度的转变 ，每年6～9月生产时 ，要注重车间的除湿 ，避免氢气孔的爆发。
（2）在棘轮铸造历程中要控制差别阶段压缩气体的压力 ，阻止欠浇、氧化膜夹杂等缺陷的爆发。
四、结语
通过对高速铁路触网中 ZL114A 铝合金棘轮低压铸造生产历程中常见的缺陷举行剖析 ，并团结中铁建公司在铸造生产治理中的“人、机、料、法、环”五要素 ，提出了控制铝合金低压铸造中常见缺陷的步伐。通过近一年中铁建公司质检部分反响的数据 ，在 ZL114A 铝合金棘轮低压铸造生产历程中接纳了这些响应的控制步伐后 ，棘轮制品率获得大幅提高 ，棘轮铸造质量较量稳固 ，力学性能和抗疲劳性获得较大改善。
泉源：洲际铸造 作者：殷幸运 ，李东升
