2021年, 第41卷, 第1期 
刊出日期:2021-01-20
  

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    本期推荐
  • 吴孟武, 田冰辉, 杨满红, 熊守美
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 1-10. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.001
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    镁合金被誉为21世纪的绿色工程材料,被广泛应用于汽车、航空航天和3C等领域。枝晶作为金属凝固过程中一种常见的晶体形态,其形貌对铸件的力学性能影响很大。综述了具有密排六方晶体结构的镁合金枝晶生长试验表征与模拟仿真研究进展,阐述了采用试验表征与分析得到的镁合金二维及三维枝晶生长形貌与择优取向,分析了通过建立枝晶生长模型耦合溶质场、温度场、流场、压力场等模拟仿真得出的不同凝固工艺条件对镁合金二维及三维枝晶生长形貌的影响规律,最后指出了当前镁合金枝晶生长试验表征及模拟仿真研究存在的问题及未来的发展方向。
  • 肖旅, 周海涛, 汪彦博, 陈舸, 董喜旺
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 11-15. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.002
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    针对航天飞行器领域对镁合金线型分离特性的需求,开展了VW63Z镁合金聚能切割性能研究。对不同力学性能的VW63Z镁合金试板进行线型分离切割试验,研究了抗拉强度和伸长率对聚能切割性能的影响,并分析了线型聚能切割机理。研究表明,力学性能通过影响试样的侵彻深度来影响材料的线型分离性能。镁合金伸长率小于6%时,抗拉强度对线型分离性能的影响较弱,而伸长率严重影响着线型分离性能。随着伸长率增加,切割分离试板的侵彻深度逐渐降低,不利于材料的线型聚能切割分离。当材料伸长率小于6.5%,抗拉强度小于352MPa时能稳定实现7.2mm切割厚度镁合金试板的线型切割分离。
  • 试验研究
  • 孙小钧, 江鸿翔, 张丽丽, 赵九洲, 何杰
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 16-22. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.003
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    采用铜模铸造法制备了Zr-Cu-Fe-Al非晶合金,利用X射线衍射仪、差热分析仪及高分辨透射电镜,系统研究了Al含量和Cu与Fe摩尔比对Zr59(Cu0.5Fe0.5)33Al8合金的非晶形成能力、热稳定性及组织结构的影响。结果表明,随着Al含量增加,Zr59(Cu0.5Fe0.5)41-xAlx和Zr67-x(Cu0.5Fe0.5)33Alx合金的非晶形成能力均呈现先增加后降低的趋势。对于Zr59(Cu1-xFex)33Al8合金,当Cu与Fe摩尔比在5:5~8:2之间时,合金非晶形成能力较好。γ参数及晶化温度研究表明,Zr59(Cu0.7Fe0.3)33Al8合金具有大的非晶形成能力及高的热稳定性。此外,Zr59(Cu0.5Fe0.5)33Al8合金的HRTEM结果表明,由于Cu与Fe混合焓为正,在快速冷却条件下,合金将会发生液-液相分离,形成富Fe和富Cu两液相,之后两液相分别发生玻璃转变,最终形成高数量密度的纳米富Fe非晶粒子分布在富Cu非晶基体上的组织结构。
  • 王鑫, 刘祥玲, 牛玉, 杨军, 杨鑫华
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 22-25. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.004
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    对亚共晶Al-10Mg2Si合金进行熔体过热处理,通过削-盘式摩擦磨损试验研究了显微组织对亚共晶Al-10Mg2Si合金磨损性能的影响。结果表明,熔体过热处理后,初生α-Al相转变为近球状等轴晶,Mg2Si相呈纤维状和短杆状均匀分布,且其二次枝晶间距降低了58%,硬度提高了13.5%,同时其磨损速率降低了16.49%。磨屑由合金未经熔体过热处理的推碾薄片状与卷曲状转变为小块粉末状,剥落区面积减小,剥落坑、犁沟和挤压沟槽均变浅。磨损机制由粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损共存转化为以剥层磨损为主,粘着磨损与部分氧化磨损共存的形式,说明熔体过热处理改善了合金的磨损性能。
  • 研究·论述
  • 张昕宇, 李继军, 丁慧, 侯小虎, 杨诗婷, 邢永明, 张丽华
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 26-31. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.005
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    变形镁合金受限于成形工艺,致使其室温成形性较差并且具有较强的各向异性。通过在不同变形条件进行预变形结合退火处理能够有效弱化镁合金织构从而改善镁合金的力学性能。总结并评述了3种预变形方式结合退火处理对镁合金微观组织与力学性能的影响,并对未来的发展提出了建议。
  • 李肖逸, 高绪杰, 史程程, 朱光明, 郭娜娜
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 32-37. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.006
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    高熵合金(HEAs)打破了传统合金的设计理念,是以多种主要元素组成的一类新型合金,但大部分高熵合金通常流动性和可铸造性较差,成分不均匀,不利于高熵合金的规模化应用。共晶高熵合金(EHEAs)可同时具有高熵合金和共晶合金的特性,减少铸造缺陷,改善了铸造性能,设计和制备共晶高熵合金具有重要的意义。概述了国内外共晶高熵合金的研究进展,介绍了合金的相组成和性能,共晶形貌的生长特征及生长机理,概括了共晶高熵合金的相形成规律和共晶成分的设计方法,最后展望了未来共晶高熵合金的主要研究方向。
  • 张杨, 艾云龙, 陈卫华, 杨启明, 朱振滔
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 37-42. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.007
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    综述了各种相结构的高熵合金的理论及试验研究,以及围绕高熵合金的相形成规律,提出了各种相形成判据的内容及相关应用,以期为探索高熵合金的相形成规律提供思路。
  • 研究·复合材料
  • 刘是文, 朱德智, 金小强
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 43-46. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.008
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    采用机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了体积分数为5%的Al35Ti15Cr20Mn20Cu10增强6061Al复合材料,重点研究了烧结温度对轻质高熵合金增强铝基复合材料微观组织及力学性能的影响。当烧结温度为540℃时,复合材料的致密度最大为98.6%。此时复合材料基体与增强体之间产生明显过渡层,界面结合以扩散结合为主。随着烧结温度升高,复合材料的屈服强度出现先上升后下降的趋势。当烧结温度为540℃时,复合材料的屈服强度达到186MPa,相比基体的屈服强度提升了约75%,复合材料的屈服强度接近Iso-strain模型的计算值。
  • 景舰辉, 陈利文, 孙晓平, 赵宇宏, 李沐奚, 李利民, 侯华
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 47-50. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.009
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    研究了不同固溶温度和时效时间对半固态注射成形石墨烯增强镁基复合材料组织及性能的影响。结果表明,随着固溶温度升高,复合材料硬度(HV)逐渐减小,在200℃时复合材料硬度最高;β-Mg17Al12相含量先增大后减少,在400℃时几乎全部消失。随着时效时间增加,复合材料硬度(HV)先增加后减少,在时效12h时达到最大,为93.17。经过固溶处理和时效处理后石墨烯在复合材料基体中稳定存在,且对复合材料的硬度产生影响。
  • 占红星, 芦刚, 严青松, 查军辉, 罗凌
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 51-54. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.010
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    方石英作为高温增强相加入到SiO2基陶瓷型芯的基体材料中,以热压注法制备SiO2基陶瓷型芯,研究了预加方石英粒度对SiO2基陶瓷型芯性能的影响。分析了方石英粒度对SiO2基陶瓷型芯孔隙度和高温抗蠕变性能的增强机理。结果表明,随着方石英粒度减小,SiO2基陶瓷型芯的显气孔率逐渐增大,室温抗弯强度和高温挠度逐渐降低。当方石英粒度为13μm时,SiO2基陶芯的显气孔率达到最大值、高温挠度达到最小值,分别为42.30%和0.14mm。
  • 梁祥, 徐志锋, 余欢, 蔡长春, 王振军, 单嘉立
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 55-59. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.011
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    采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了深冷保温时间对复合材料残余应力、致密度、组织及力学性能的影响,并分析了其影响机理。结果表明,深冷处理改善了三维正交Cf/Al复合材料的显微组织,提高了其致密度,且对三维正交Cf/Al复合材料的残余应力、力学性能有显著的影响。经过深冷处理后,三维正交Cf/Al复合材料的残余应力降低,且随深冷保温时间的增加,残余应力值不断降低。而且深冷处理显著提高了三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量,经36h深冷处理的三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量达到841.33 MPa、132.19GPa,较铸态下的738.85 MPa、105.80GPa分别提高了13.9%、24.9%。经过深冷处理后,显微组织的改善及残余应力的释放是三维正交Cf/Al复合材料力学性能提高的主要原因。
  • 研究·合金性能
  • 常杜娟, 邓莉萍, 鲁世强, 虞文
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 59-62. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.012
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    采用机械合金化+热压制备了不同Nd2O3摩尔分数的NbCr2/Nb两相合金,研究了Nd2O3含量对合金组织及性能的影响。结果表明,Nd2O3的添加对合金的物相影响不明显;适量Nd2O3可有效改善合金的室温塑性、韧性,并提高其室温压缩强度,但当Nd2O3含量超过0.125%时,合金的室温性能下降,Nd2O3含量为0.125%的合金室温压缩强度和塑性分别为3 193 MPa和13.0%,相较于未添加Nd2O3的NbCr22.5合金提高了15.9%和137.2%。
  • 孟凯, 黄华贵, 季策
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 63-68. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.013
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    利用ProCAST软件的CAFE模块,研究了工艺参数对铸轧黄铜薄带凝固组织的影响,并通过自制的双辊铸轧机制备了黄铜薄带,分析了黄铜薄带的组织、硬度与力学性能。结果表明,工艺参数通过影响Kiss(凝固点)高度,来影响柱状晶晶粒尺寸与压下率,Kiss点越高,压下率越大,柱状晶生长空间越大,晶粒尺寸越大。通过改变形核参数可获得较大的压下量与细小的凝固组织,提高板带品质;铸轧黄铜薄带的伸长率可达33%,抗拉强度为430MPa,硬度(HV)为140,退火后黄铜薄带的伸长率为55%,抗拉强度为340MPa,硬度(HV)为75。
  • 陈保安, 赵丽丽, 张静媛, 李新, 王瑞红, 潘学东, 祝志祥, 丁一, 张强, 陈新, 韩钰, 杨长龙, 谭澈
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 68-72. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.014
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    研究了不同Y含量(0.02%,0.05%,0.10%)对Al-0.16Zr合金铸态、轧制态和时效态的微观组织、硬度和电导率的影响。结果表明,Y含量为0.05%和0.10%时,能显著的细化合金晶粒。随着Y含量增加,晶粒细化效果逐渐增强。铸态Al-0.16Zr合金在350℃时效过程中,Y添加具有显著的时效强化效果,Y含量越高,达到峰值时效所需时间越短。但是由于共格Al3Zr沉淀相的析出,点阵失配畸变场的存在将导致合金电导率降低。而在轧制态合金的时效过程中,位错密度的降低引起退火软化,但是Y的添加仍明显提高了合金的硬度。综合考虑,轧制态Al-0.16Zr-0.10Y合金经350℃×30h时效后具有最优的硬度和电导率。
  • 付浩, 吴红燕, 曹炳鑫, 徐超, 周全, 张连腾
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 73-77. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.015
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    研究了超声处理对Mg-9Al-3Si合金凝固组织及力学性能的影响。结果表明,通过控制超声工艺参数可改善Mg-9Al-3Si合金凝固组织,提高其力学性能的目的。在超声功率为0~900W时,随着超声功率增大,合金中的Mg2Si相逐渐细化,其抗拉强度先增后减,转折点为700W。在超声处理时间为0~90s时,随着超声处理时间延长,合金中的Mg2Si相逐渐细化,其抗拉强度先增后减,转折点为60s。分析其断口发现,未经超声处理的合金断裂形式为解理断裂,经过超声处理的合金断口解理台阶尺寸减小,呈准解理断裂特征。
  • 范勇斌, 余堃, 肖寒, 黄海广, 曾文文, 刘昆, 周荣锋
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 78-82. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.016
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    对热轧退火态TC4钛合金型材进行了不同变形条件下的高温拉伸试验,采用金相显微镜进行微观组织观察,研究了变形温度、拉伸速率对TC4钛合金组织演变的影响。结果表明,当拉伸速率不变时,随着变形温度升高,组织中的片状α相最先开始向等轴α相转变。随着温度的进一步升高,晶界被打碎,晶界α相也开始发生等轴化,组织由魏氏组织转化为等轴组织;当变形温度恒定时,拉伸速率越低,组织中片状α相和晶界α相的细化程度和等轴化程度越高,并且由魏氏组织向等轴组织转变。
  • 研究·半固态加工
  • 杨依珉, 赵君文, 巫国强, 王海波
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 83-87. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.017
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    对比研究了液态压铸和半固态流变压铸对ZL114A铝合金铸件疲劳性能的影响。结果表明,半固态流变压铸件相较于传统液态压铸件疲劳性能更好而且更稳定。液态压铸件的疲劳寿命主要受孔洞尺寸影响,孔洞尺寸越大,疲劳寿命越低。半固态压铸件的疲劳寿命主要受密度(孔隙率)影响,与密度成正比。半固态压铸ZL114A铝合金试样在密度大于2.62g/cm3时,疲劳性能表现良好。在70MPa应力下,疲劳寿命可达107次。液态压铸件裂纹萌生于大的气缩孔,半固态压铸件的裂纹萌生是于中心缩松多孔的综合作用结果。
  • 研究·合金工艺
  • 宋伟, 王圣波
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 87-92. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.018
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    采用氟盐法按w(Ti):w(C)=15:1比例,加入1%的Ce制备了Al-4.5Ti-0.3C-1Ce中间合金,应用OM、SEM、EDAX及EPMA等手段分析了中间合金的成分、组织及细化特性。结果表明,由于Ce的加入,改善了TiAl3、TiC的形态和分布,细化了TiC粒子,使生成的TiC与TiAl3相分布均匀,稀土Ce和TiAl3反应生成Ti2Al20Ce相,主要富集在白色块状的TiAl3相上;Al-4.5Ti-0.3C-1Ce合金细化剂对纯铝的细化效果显著,当Ti添加量为0.015%时,纯铝的晶粒尺寸达70μm,细化效果最优。
  • 李想, 李元东, 樊博阳, 李夏, 马颖
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 93-98. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.019
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    采用金属型铸造、液态挤压铸造和半固态挤压铸造方法制备了7075铝合金,研究了不同铸造工艺对7075铝合金热导率与力学性能的影响。结果表明,金属型铸造晶粒粗大,产生枝晶偏析降低塑韧性,抗拉强度及伸长率最小,分别为121 MPa和2.78%,但晶粒粗大使热量传导路径宽,对电子散射几率小,电子的平均自由程较长,热导率相对较高,达到了139.67W/(m·K);液态挤压铸造晶粒细化,抗拉强度和伸长率分别为239MPa和5.75%,但晶粒细小且枝晶臂较多,对电子散射程度大,热导率最低,为120.94W/(m·K);半固态挤压铸造的晶粒致密细小且圆整,抗拉强度及伸长率最高分别达到248MPa和7.46%,且热导率为126.07W/(m·K)。
  • 黄彦彦, 周琴, 龙思远, 曹韩学
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 98-102. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.020
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    采用熔剂法(熔剂保护和熔剂精炼)和气体法(气体保护和气体精炼)两种熔炼方法制备Mg-Nd-Zn-Zr合金熔体,对Zr合金化阶段及最终熔炼效果进行对比研究。结果表明,熔剂法和气体法均能得到成分合格的镁熔体。两种方法都可以实现良好的晶粒细化效果,但气体法制备的镁熔体试样的晶粒比熔剂法更为细小。气体法与熔剂法均能有效保护熔体及降低镁熔体中夹杂,但与气体法相比,熔剂法对夹杂的控制效果更好。
  • 李海松, 张琼元, 伍林, 杨照宏, 杨功显
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 103-107. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.021
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    采用数值模拟方法并结合试验,研究了型壳材料对高温合金叶片组织和性能的影响。结果表明,无陶瓷保温棉时,氧化铝型壳铸件的冷却速率大于莫来石型壳,氧化铝型壳铸件组织及性能较优;有陶瓷保温棉时,氧化铝型壳铸件叶根处冷却速率略低于莫来石型壳铸件,叶身处冷却速率高于莫来石型壳铸件,莫来石型壳铸件叶根处组织及性能比氧化铝型壳铸件略优,叶身组织及性能比氧化铝型壳铸件略差。有陶瓷保温棉时的铸件叶根组织数值模拟结果和试验结果符合。
  • 李志猛, 左玉波, 朱庆丰, 王睿, 刘旭东
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 108-113. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.022
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    介绍了半连续铸造铝合金锭坯冷隔、皮下偏析层、表面偏析瘤、拉痕等表面缺陷的特点和形成机制。分析了在半连续铸造铝合金锭坯过程中结晶器结构、铸造工艺参数对这些表面缺陷的影响及作用机理。在此基础上总结了提高铸锭表面品质的技术发展和工艺优化方向。
  • 胡剑, 徐烁, 杨珏, 张诗昌
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 114-118. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.023
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    采用金属型铸造了Zn、Sn不同质量分数但总量为10%的Mg-xZn-(10-x)Sn合金,研究了其铸态组织特别是非平衡共晶组织及合金的力学性能。结果表明,Mg-Zn-Sn合金铸态组织为α-Mg、MgZn及(或)Mg2Sn相组成。Mg-9Zn-Sn和Mg-Zn-9Sn合金均产生了层片状共晶相,Mg-5Zn-5Sn合金中的共晶β相(MgZn和Mg2Sn)呈小块状均匀分布在晶界上,且基本上均为离异型共晶。采用夏尔公式计算出合金的非平衡共晶体积分数,Mg-9Zn-Sn合金中的共晶分数最高达14%,共晶组织几乎都呈现片状结构。力学性能试验结果表明,Mg-5Zn-5Sn合金具有最好的综合力学性能。此外,根据Zn、Sn原子在Mg中的固溶量的测试结果,进一步分析了合金的强韧性。
  • 研究·计算机应用
  • 吴棣, 黄伟明, 廖敦明, 曹流, 蓝辉强
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 119-123. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.024
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    浇不足是铜合金低压铸造中常见的缺陷之一,采用数值模拟不仅可以预测铸件最终的浇不足形态,还可以进一步分析浇不足的产生与演化过程,而预测浇不足的关键是处理好合金糊状区对金属液流动的影响。针对铜合金修正了糊状区的变粘度-多孔介质-临界固相率模型,基于变物性参数计算并对比分析了其与变粘度-临界固相率模型模拟结果的差异性。实际生产表明,修正后的变粘度-多孔介质-临界固相率模型可以准确预测出铸件的浇不足缺陷,数值计算模型更可靠。
  • 应用·压力铸造
  • 朱洪军, 吕海霆, 周健
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 123-126. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.025
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    通过某前油封法兰盘压铸件缺陷分析,借助鱼骨图质量工具,确定气孔位置及产生的原因,并依据有关压铸理论以及数值模拟技术,优化了铸件排气系统及排溢系统。结果表明,运用数值模拟技术,合理布置排气槽与渣包可以有效地解决压铸件的气孔缺陷,解决该铸件两处气孔缺陷。
  • 杨军, 张正来, 凌支援, 蔡朝新, 张硕秋
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 127-129. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.026
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    针对新能源汽车电机壳体压铸件产生粘模缺陷的问题,从模具结构设计、3D打印嵌件平衡模具温度,防止高温铝液破坏模具表面致密层等方面,在生产过程中对新能源电机壳体压铸件粘模缺陷进行改善,提出了应用3D打印嵌件的解决方案。
  • 应用·精密铸造
  • 林再生, 孙延明
    特种铸造及有色合金. 2021, 41(1): 130-132. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.01.027
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    研究了M35-1镍铜合金熔炼过程中增碳剂、硅铁、锰铁的烧损率,在ASTM标准范围内收窄C、Si、Mn成分范围,可以很大程度上提高M35-1镍铜合金的力学性能,提高铸件合格率。同时提高了熔炼合金的品质,避免因夹渣缺陷而导致M35-1镍铜合金力学性能不达标。