高壓開關(guān)罐體整體低壓鑄造用鋁合金及成形技術(shù)研究.pdf

1、為了滿足電力發(fā)展的需求，解決超高壓大容量輸變電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件開關(guān)罐體的整體鑄造成形問題，本文開展了高壓開關(guān)罐體用鑄造鋁合金材料及低壓鑄造成形技術(shù)的研究。 針對超高壓大容量輸變電開關(guān)罐體對材料的要求，研制了三種適合于不同罐體要求的鑄造鋁合金。在ZL101的基礎(chǔ)上，通過添加RE和B以及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，研制出了一種高導(dǎo)電性Al-Si合金，這種合金既有很高的導(dǎo)電性，又有較高的力學(xué)性能，可用于有特殊導(dǎo)電性要求的罐體、導(dǎo)體、觸指座等關(guān)鍵零

2、部件的生產(chǎn)，解決了長期以來我國高導(dǎo)電鋁合金的難題，添補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，其電導(dǎo)率可達(dá)28S/M，抗拉強(qiáng)度在244.1MPa以上；在ZL101的基礎(chǔ)上，通過添加合金元素Zn、Cu、Mn、Ti、RE等，并以合金在鑄態(tài)下的抗拉強(qiáng)度和伸長率為對照，從中選取綜合性能好的合金配比，確定了該合金的熔煉工藝和相應(yīng)的熱處理工藝，將該合金應(yīng)用于高壓開關(guān)罐體實(shí)際生產(chǎn)，并通過對罐體的實(shí)體解剖，系統(tǒng)研究了罐體的綜合使用性能，研制出了一種適用于中小型罐體，能覆蓋大

3、部分罐體生產(chǎn)的綜合性能優(yōu)良的鑄造Al-Si合金，可以使目前重量在100kg左右、壁厚在14～16mm罐體厚度進(jìn)一步減薄，重量進(jìn)一步減輕，綜合性能提高；在AlSi10Mg合金的基礎(chǔ)上，研制出了一種可用于斷路器等大型罐體的高強(qiáng)度鋁合金，這種合金抗拉強(qiáng)度為370MPa，伸長率為2％，可以解決因材料強(qiáng)度不高導(dǎo)致這類罐體過重過厚的問題，目前這種罐體的重量在300～700kg，厚度在20～60mm。 根據(jù)低壓鑄造充型流動的特點(diǎn)，建立了低壓鑄

4、造罐體成形過程的數(shù)學(xué)模型，利用Z-Cast鑄造工藝數(shù)值模擬軟件研究了高壓開關(guān)鋁合金罐整體低壓鑄造充型與凝固過程。通過模擬分析了凝固過程中可能出現(xiàn)的缺陷的產(chǎn)生原因，提出了缺陷的預(yù)測方法，優(yōu)化了低壓鑄造成形工藝。根據(jù)分析結(jié)果，確定了鋁合金生產(chǎn)高壓開關(guān)罐體合理的澆注系統(tǒng)和較佳的主要工藝參數(shù)，即模型溫度為300℃，澆鑄溫度為700℃，砂芯溫度為80℃。 根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果及低壓鑄造成形特點(diǎn)，成功地設(shè)計了高壓開關(guān)罐體整體低壓鑄造成形金屬型模

5、具，提出的垂直分型和環(huán)形縫隙澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了很好的充型和補(bǔ)縮效果，解決了目前低壓鑄造罐體金屬型成形困難的問題。 根據(jù)確定的最佳工藝，分別用所研制的Al-6Si-1Cu-0.3Zn-0.3Mg-1Mn-0.1Ti-0.2RE和A1Si10Mg合金生產(chǎn)了高壓開關(guān)罐體。結(jié)果表明：采用最佳工藝生產(chǎn)的兩種合金罐體形狀完整，無內(nèi)部缺陷，組織致密；說明本文所建立的數(shù)學(xué)模型和求解條件適合于高壓開關(guān)罐體低壓鑄造充型與凝固過程，模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況

6、相吻合。 對合金試樣和罐體本體性能測試研究表明，所設(shè)計的Al-6Si-1Cu-0.3Zn-0.3Mg-1Mn-0.1Ti-0.2RE合金具有較小的鑄件尺寸敏感性；而AlSi10Mg合金極限抗拉強(qiáng)度對鑄件尺寸較敏感。因此，本項目研制的合金優(yōu)于AISi10Mg合金。 通過無損探傷和打壓試驗(yàn)表明，采用Al-6Si-1Cu-0.3Zn-0.3Mg-1Mn-0.1Ti-0.2RE合金和優(yōu)化的低壓鑄造工藝，研制的高壓開關(guān)罐體內(nèi)部缺陷