颁布功夫：2022-01-07点击：3562
提要：铝合金棘轮是高速铁路接触网系统中的关键部件，选取低压铸造成型工艺进行出产重要是保险棘轮的力学机能及委顿机能。对ZL114A铝合金棘轮低压铸造过程中容易出现的铸造缺点进行分析，提出节造措施，从而保险棘轮的铸造质量。
关键词：棘轮；铝合金；低压铸造；铸造缺点；节造技术
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重要组成部门，对接触网整体安全机能起着重要作用。在日常的运行过程中，供电接触网系统中的悬挂索会因环境温度的变动引起长度的伸缩，从而引起接触网张力的变动。为了确保接触网张力的恒定，棘轮下锚装置通过调整坠砣行程和坠砣数量，对接触悬挂线索伸缩变动进行赔偿，保险整个供电网的安全。
图1为棘轮下锚装置，棘轮是下锚装置中***重要的部件。它是由轮辋、棘齿、轮毂、轮辐等组成，表形为典型回转体结构，拥有壁厚不均匀、概括较为复杂等特点。
棘轮的质量决定了棘轮下锚装置的靠得住性，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仅拥有强度高、抗委顿强度好；同时，由于在室表持久工作，还必须拥有肯定的耐大气侵蚀和耐晶间侵蚀的机能。而要保险这些机能，就要通过低压铸造的棘轮的质量来获得：铸件铸造缺点要少，表表质量要高；铸件晶粒度要幼，组织要致密。
一、棘轮的低压铸造
1.1棘轮的资料
目前，国内表接触网棘轮本体通常选取铝合金造作，国内选取商标为ZL114A（ZAlSi7Mg1A）的铸造铝合金，它是在ZL101A铝合金基础上增长镁含量发展起来的Al－Si－Mg系高强度铸造铝合金。不仅拥有较高的力学机能，如高强度、高韧性；还拥有较好的铸造工艺性，如优良的流动性、气密性和抗热裂性。该合金在轨路车辆、航空航天等领域利用宽泛。表1为ZL114A铝合金的化学成分，表2为ZL114A铝合金的力学机能。
1.2 棘轮低压铸造
棘轮低压铸造是一种选取电磁泵系统在低压力和低速度前提下对棘轮模具型腔进行填充的铸造步骤，介于重力铸造和压力铸造之间，是在金属型铸造基础上堆集经验而发展起来的一种铸造步骤［1～2］。其工作道理是：棘轮铸造模具被搁置在一个密关的熔炼炉上面，棘轮模具型腔与熔炼炉里溶解的铝液通过肯定尺寸的升液管相连；出产时，将铝合金在熔炼炉里加热溶解后，利用压缩惰性气体给熔炉里铝液施加肯定的压力，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步凝固成形；浇注实现后，减幼液面上的压力，升液管中未凝固的铝液会回流到熔炉中。如图2为棘轮低压铸造道理图。
二、铝合金棘轮低压铸造缺点分析
2.1 棘轮中常见的铸造缺点
铝合金棘轮低压铸造过程中重要产生氢气孔、裂纹、缩孔缩松及氧化膜同化等问题。
2.1.1 棘轮中的氢气孔
氢气孔是铝合金棘轮低压铸造过程中存在的一种重要缺点，与氢在铝合金中的溶化度变动及扩散机造有关。图3为分歧温度下氢在铝合金中的溶化度，从图中能够看出，氢在铝合金液中的溶化度远弘远于在固态铝合金中的溶化度，氢在液态铝中的溶化度也是随着温度的升高而增大。氢在固态铝中的溶化度约为0.039ml/100g－A1，氢在液态铝中的溶化度约为0.69ml/100g－A1，两者相差约20倍。在浇注过程中，若是成型模具的温度比力低，铝液凝固的速度较快，那么铝液在凝固过程中就会有较多的氢被开释出来，这就为氢气孔的形成提供了条件［3～5］。氢气孔大无数存在于铸件表表，呈螺钉状断口。
图4为铸造车间环境中水分压在年度内变动的变动情况，出产经验显示，每年的6～9月份，铝合金铸件中氢气孔的数量会增长，这批注在气象湿润的月份，即环境中水分压大的月份出产的铸件中氢气孔增长。
2.1.2 棘轮中的裂纹
低压铸造铝合金棘轮中的裂纹不仅对出产成本、出产效能有影响，并且***关键的是影响到高速铁路的行车安全。
棘轮选取ZL114A铝合金低压铸造而成，它的线膨胀系数大，凝固时收缩率大，在铸造过程中易成较大的拘谨应力，而大的拘谨应力是棘轮在铸造过程中产生裂纹的底子原因。棘轮铸造过程中产生的裂纹通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，铸件内的应力若是超过资料自身的极限强度，就会形成冷裂。棘轮的冷裂纹通常呈此刻与模具接触的棘轮棘齿表表，裂纹断口表表特点是表表会产生轻微的氧化景象。热裂纹产生于合金的凝固过程傍边，ZL114A铝合金是共晶型合金，其凝固结晶是在肯定的温度区间进行的，热裂纹偏差与这个温度区间有很大关系。这个区间越大，裂纹率就越高。而低压铸造的速度不成能很快，这个温度区间相对较大。在铸件凝固后期，树枝晶枝晶间存在少量未凝固的液态薄膜，在较大的拘谨应力作用下，枝晶内的液态薄膜就会被拉裂，这时若是铝液来不及补充或者没有足量的铝液来补充，就会形成热裂纹。热裂纹表表会因强烈氧化而出现出暗色或玄色的特点［3，6～7］。
通过铸造过程分析，铸造工艺参数的变动、棘轮的结构是否合理、浇注时模具的温度节造等很多成分都对铸件产生拘谨应力有影响，若是拘谨应力大则导致产生裂纹。
2.1.3 棘轮中的缩孔缩松
缩孔和缩松缺点是铝合金低压铸造棘轮铸造过程中不成预防的缺点，通常多呈此刻棘轮的轮辐和轮心处。棘轮在铸造过程中铝液经浇口由轮心通过轮辐横浇路流向轮辋、棘齿部位，在轮辐的根部会有热节出现。轮心和轮辐部位的壁厚较厚，铝液温度高，在随后的冷却时收缩较大，这时若是得不到很好补缩，凝固部位就很容易产生因补缩不及而出现缩松、缩孔缺点。从棘轮现实出产来看，轮辐、棘齿及轮心部位都是该缺点易出现的部位。
图6所示为铝合金棘轮在低压铸造中轮辐部位出现的缩松缩孔。缩孔在显微组织中特点为大的孔洞，状态不规定、表表不但滑；而缩松的显微特点阐发为藐幼孔，表表光滑，但散布比力分散。不论是产生缩孔还是缩松缺点城市降低资料的伸长率，并且对产品的抗冲击机能、抗委顿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，在棘轮的低压铸造过程中，溶解的铝液在与棘轮模具内的空气接触时会在表表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机能。在浇铸过程中，氧化膜作为阻碍物会导致铝液的回流，引起铸件部门欠浇；也会由于氧化膜的折叠使铸件产生热裂纹，有时还会产生气孔。氧化膜若是存在于棘轮的表表，那么在棘轮脱模时，会因这些氧化膜脆性大，无法接受脱模时的应力而发生剥落，从而导致棘轮表表参差不齐，影响棘轮表表质量及后续的处置。图7所示为氧化膜缺点。
2.2 影响棘轮铸造缺点的五身分
从棘轮铸造出产治理的角度看，影响产品质量的成分概括起来有：人员、设备、资料、工艺步骤和出产环境五身分，简称为：“人、机、料、法、环”。每个身分对分歧工序的影响有很大差距，应具体分析。图8所示出影响棘刺轮铸造出产的五身分，而上述的重要缺点的产生就是与这五身分有关。
三、棘轮低压铸造缺点的节造
3.1 从“人”的角度进行节造
（1）加强对工人进行岗位培训，提高实际操作技术水平；日常出产中，形成以老带新的机造，保障出产的顺利进行。
（2）技术员要熟知整个出产工艺的重要节点，定期地结合出产中的案例对工人进行工艺宣讲，让工人从理论上把握工艺规程。
（3）在浇铸铝液时，工人要节造好铝液的流动状态，***好的浇注状态是层流态。
3.2 从“机”的角度进行节造
（1）对棘轮浇铸系统进行技术刷新，重要是升液装置。通常能够通过削减升液管的长度、扩大保温层的厚度及增大升液管的直径这三方面改进升液装置。
（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＞呓胁槌约跋嘤Φ乃阏实乃，从而影响到棘轮的制品率。
（3）选取保温机能较好的陶瓷浇口套。
3.3 从“料”的角度进行节造
（1）原资料要干净，熔体要进行精辟，以解除非金属同化物及氢的影响。
（2）熔炼铝合金时，在铝液中参与含量为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”的角度进行节造
（1）选取合理的铸造工艺，以保险铸件产品的质量。
（2）在模具浇口前加过滤网，预防铝液中夹带过多的氧化膜。
（3）对于状态复杂的棘轮，在浇铸时为了预防欠浇、出现铸造缺点？山谠炻烈航阶⒌乃俣；适当提高模具的加热温度，耽搁棘轮在模具中的停顿功夫，降低铸件的冷却速度。
（4）在棘轮铸造过程中引入超声波振动技术，细化棘轮的显微组织，提高其组织致密度，改善棘轮的力学机能。
3. 5 从“环”的角度进行节造
（1）把稳浇铸环境的变动，出格是车间湿度的变动，每年6～9月出产时，要把稳车间的除湿，预防氢气孔的产生。
（2）在棘轮铸造过程中要节造分歧阶段压缩气体的压力，预防欠浇、氧化膜同化等缺点的产生。
四、结语
通过对高速铁路触网中 ZL114A 铝合金棘轮低压铸造出产过程中常见的缺点进行分析，并结合中铁建公司在铸造出产治理中的“人、机、料、法、环”五身分，提出了节造铝合金低压铸造中常见缺点的措施。通过近一年中铁建公司质检部门反馈的数据，在 ZL114A 铝合金棘轮低压铸造出产过程当选取了这些相应的节造措施后，棘轮制品率得到大幅提高，棘轮铸造质量比力不变，力学机能和抗委顿性得到较大改善。
起源：洲际铸造 作者：殷荣幸，李东升
