渦輪是液力變矩器的重零件，其鑄造質(zhì)量的高低，表央粗糙度尺寸精度對液力變矩器的傳動質(zhì)量都有重要的影響。目前國內(nèi)大多采用樹脂砂芯，金屬型的鑄造方法，渦輪葉片在樹脂砂芯中抽出。這種方法鑄出的鋁合金渦輪流道表面粗糙度Ra<6.3μm，尺寸精度很難保障，而且對要求葉片根部帶有圓角的渦輪很難鑄出。采用金屬型，石膏芯的精密鑄造方法克服了上述工藝的不足。
2 試驗條件及方法
2.1 石膏型材料及配比
試驗所使用石膏漿料的配比如表1所示。
表1 石膏漿料的配比（%）
a石膏 鋁釩土 添加劑 水（占粉重）
石膏混合料 40—60 36—60 0—4 35—40
2.2 合金熔煉
合金材料選用ZL104合金，坩堝電阻爐熔煉，采用氬氣精煉，加進微量元素，澆注溫度700—720°C，采用三元變質(zhì)劑對合金進行變質(zhì)。
2.3 機械性能測試
在渦輪鑄件當量厚度最大處（葉片與外殼交接處）取本體試樣測試性能。試樣的熱處理規(guī)范為：固熔處理（535±5）°C4h，淬火水溫75°C，進效處理（175±5）°C7h。
3 試驗結(jié)果及分析
3.1 石膏芯漿料性能的測試結(jié)果及分析
采用表1石膏混合料配比，測得石膏混合漿料的基本性能如表2所示。
表2 石膏混合漿料的基本性能
活動半徑mm 48hUbMpa 700°C殘留壓強度Mpa 初凝時間min 終凝時間min 透氣性
石膏漿料 65--80 1.0--1.8 >1.3 6--8 13--15 ——
該石膏漿料完全滿足葉輪葉片的成型，可得到輪廓清楚，表面光潔的石膏型芯。葉片采用硅橡膠制作，待石膏芯凝固后，把硅橡膠葉片從石膏芯中撥出。
為了保證石膏芯中的水分完全排出，避免澆注鋁合金液時產(chǎn)生的氣泡，根據(jù)石膏汲水與排水的反應(yīng)方程式：
加水膠凝：CaSO4、0.5H2O+H2O→CaSO4 2H2O，加熱脫水：CaSO4 2H2O→CaSO4、0.5H2O→CaSO4 。
我們制訂如下的石膏烘干焙燒工藝，見圖1。
烘干后的石芯即可放進金屬型內(nèi)進行澆鑄。在石膏漿料中加進大量的鋁釩土，目的時為了獲得澆鑄出性能良好的石膏芯，鋁釩土可進步石膏漿料表面的復(fù)制性能，增加石膏芯的退讓性和鑄件清是時的潰散性，進步鑄件尺寸和精度，減少型芯在烘干進的裂紋和變形傾向等。加進其它添加劑可調(diào)整石膏漿料的凝固時間，消泡性等，并增加石膏芯的濕強度。
3.2 鑄件尺寸精度和表面粗糙度
測試渦輪流道表面（非加工面）的尺寸，在φ400—800mm的尺寸范圍內(nèi)，尺寸公差在±0.5mm以內(nèi)，滿足了渦輪流道表面鑄造尺寸和公差要求。
采用RM—20袖珍式粗糙度測試儀，取石膏芯成形的閏面部位進行測試（在A、B、C、D四點，測試4次），結(jié)果見表3。
表3 表面粗糙度測試結(jié)果（μm）
A B C D
1 3.8 3.4 3.2 4.3
2 5.1 5.0 2.7 4.4
3 4.7 5.5 3.2 5.2
4 4.53 4.63 3.03 4.63
從測試結(jié)果看，由石膏芯成形的非加工面的表面粗糙度小于6.3μm.
3.3 鑄件本體機械性能測試
按2.3的試驗方法，測試的機械性能如下：拉伸強度為226—267MPa，延伸率2%—4%。從試驗數(shù)據(jù)分析來看，靠近金屬外殼的部位機械性能高，而闊別金屬外殼的部位機械性能低，但比完全樹指砂鑄造的鑄件機械性能要高。
3.4 與樹脂砂芯鑄造工藝的比較
采用石膏芯鑄造鋁渦輪與樹脂砂芯鑄造相比，由于石膏芯需要長時間的烘干，生產(chǎn)本錢略有增加。如設(shè)備配套，生產(chǎn)效率與樹脂砂芯鑄造差未幾，可進行小批量試生產(chǎn)。
4 結(jié)論
（1）采用金屬型外殼石膏芯復(fù)合鑄造工藝，鑄造渦輪的表面粗糙度（非加工面）Ra<6.3μm，鑄造表面的尺寸精度為±0.5mm/
（2）鑄件本體的機械性能為：拉伸強度為226—267MPa，延伸率2%—4%，滿足渦輪鑄件的使用要求。
本文由專家王一鳴提供
