2021年, 第41卷, 第6期　
刊出日期：2021-06-20

  

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本期推荐
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  Al-Mg-Si合金中α-Al (FeMn) Si弥散相和力学性能研究

  李凯, 任飞, 鲁强, 朱凯, 李世晨, 兰新月, 李院斌, 吴皇, 颜宁, 马春德, 杜勇

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 661-668. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.001

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  采用SEM和原位TEM技术研究了均匀化热处理过程中不同Mn含量Al-Mg-Si-Mn-Cu-Fe合金的组织与性能演变，定量阐述了α-Al （FeMn） Si弥散相的形核、长大及粗化行为。利用低电压高分辨SEM的超低穿透深度成像和图像统计分析，精确测定了均匀化热处理过程中弥散相颗粒尺寸逐步增大及其体积分数先增加后降低的峰形变化规律，并阐明了弥散相对合金力学性能的关键影响。研究发现，580℃下进行8 h左右的均匀化热处理可以得到尺寸合适且体积分数最高的弥散相和最优的综合力学性能，过长的热处理时间会导致弥散相粗化从而降低合金的力学性能。此外，添加适量Mn元素（0.5%）并进行均匀化热处理能明显改善合金的抗拉强度与伸长率，但添加过量的Mn元素（0.8%）会引起初生相严重粗化，降低合金的力学性能。
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  滑动摩擦加工Mg-Sn-Zn-Al合金的组织和性能

  毕广利, 王亚硕, 姜静, 李元东, 陈体军, 张于胜, 马颖

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 668-675. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.002

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  利用滑动摩擦加工（SFT）方法对挤压Mg-7Sn-5Zn-3Al合金进行表面改性，研究了SFT合金的显微组织、力学和腐蚀性能。结果发现，SFT后，合金表层的晶粒显著细化，第二相体积分数明显减少且分布弥散。拉伸测试结果表明，SFT合金显示了优异的力学性能，其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为181 MPa、366 MPa和18.1%。SFT方法对合金的耐蚀性改善明显，呈现了低的平均腐蚀速率（4.51 mm/a）和腐蚀电流密度（197.2 μA/cm²），这主要与晶粒细化、第二相体积分数的减少以及弥散分布有关。
试验研究
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  基于计算相图的熔融物热力学性质分析

  宫厚军, 郭毅慧, 黎阳, 昝元锋, 黄彦平, 刘兴军

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 676-679. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.003

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  构建了熔融物U-Zr-Fe-O体系的热力学模型和相应的Gibbs自由能表达式，建立了熔融物热力学数据库。计算分析了百万千瓦级压水堆核电站熔融物热力学性质，并获得了计算相图、相分数和相成分等数据。结果表明，从2 000℃升温，熔融物先后经过了固相-单液相共存、固相-两液相共存、两液相共存、气相-两液相共存和单气相等阶段。在2 500~2 950℃区间为典型的液相分离区，液相1号主要富含Fe、U、Zr，并含一定量的UO₂；液相2号相主要富含UO₂、ZrO₂、U、Zr，并含极少量的Fe。
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  湿法工艺对二次铝灰无害化脱氮的影响

  贺永东, 李颜凌, 马斌, 孙小涵, 何新光, 高翔

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 679-683. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.004

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  采用直接水解、Na₂CO₃和NaOH溶液水解法，探讨了时间、温度、浓度、液固比等因素对铝灰脱氮的影响。结果表明，在去离子水中，随温度升高、时间延长和液固比增大，水解脱氮率从0.5%升高到36.9%。在Na₂CO₃溶液中，铝灰渣水解脱氮率随温度升高、时间延长、浓度增加和液固比增大而增加，而NaOH对二次铝灰的水解过程有明显的促进作用，脱氮规律与碳酸钠溶液相同，但脱氮率明显高于Na₂CO₃溶液。
研究·复合材料
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  热处理对挤压铸造SiC_p/ZL101铝基复合材料组织与性能的影响

  段状正, 游志勇, 蒋傲雪, 乔岗平, 刘涛, 赵薛生

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 684-688. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.005

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  通过半固态机械搅拌法和近液相线法制备了SiC_p（μm级）质量分数为3%的ZL101铝合金半固态坯料，对坯料二次加热后挤压获得SiC_p/ZL101铝基复合材料。研究了固溶和时效处理对复合材料显微组织和性能的影响。结果表明，挤压铸造制备的SiC_p/ZL101复合材料显微组织由近球形的α-Al、长条状的共晶Si组织，以及多边形的SiC颗粒组成。经过固溶处理后，共晶Si转变为近球状；时效处理后，基体和第二相界面的析出相数量增加，复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到320 MPa、244 MPa和6.91%，显微硬度（HV）为114，复合材料的断裂形式由微孔聚集型断裂转变为准解理断裂。
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  表面涂覆辅助叠轧制备SiC/Al层状复合材料的组织与力学性能

  伟乐斯, 林颖菲, 刘丽荣, 冯波, 冯晓伟, 王娟

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 688-693. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.006

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  以硅溶胶搭载SiC增强体的混合浆料表面涂覆为辅助，采用层叠热轧工艺制备SiC+SiO₂sol-Al层状复合板，并对其显微组织与力学性能进行研究。结果表明，SiC+SiO₂sol-Al层状复合板界面结合良好，层间结合处SiC颗粒呈断续状均匀分布于铝箔基材间层，表面覆有SiO₂和微量Al₂O₃，这有利于界面载荷传递且使铝箔基材层的晶粒尺寸更细小和均匀。断裂机制为单相铝箔层韧性断裂与层间脱粘撕裂。与纯铝箔叠轧的纯Al层状复合板相比，其抗拉强度提高，伸长率下降。
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  Cr活化挤压铸造Al₂O_3p/65钢表层复合材料的组织和性能

  龚文豪, 卢德宏, 余晶

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 694-698. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.007

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  通过在Al₂O₃颗粒预制体中添加活化元素Cr，利用挤压铸造制备出Cr-Al₂O_3p/65钢基表层复合材料，研究Cr元素对复合材料组织和性能的影响。结果表明，Cr粉的加入，使得复合材料硬度（HRC）达到了50.7，抗弯强度达到669.5 MPa，相比未添加Cr的分别提高了95.6%、13.7%。界面润湿角相比于未添加Cr粉的复合材料，从125°降到109°。组织分析表明，加入的Cr粉与Al₂O₃颗粒附近的钢水形成Fe-Cr相，表明了成分的互相扩散，界面结合方式仍为机械结合方式。断口扫描分析表明，复合材料的断裂形式主要表现为脆性断裂，但颗粒和基体界面结合良好。所以，在挤压铸造Al₂O_3p/65钢复合材料中加入Cr粉可以改善和提高复合材料的力学性能及界面结合强度。
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  增强体含量对TiB₂/A356铝基复合材料组织与性能的影响

  李永飞, 朱志华, 徐佐, 熊国源, 贾超航, 李天, 王维山, 李宏新, 李振宇, 王志杰

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 699-703. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.008

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  通过熔盐反应法成功合成了原位TiB₂/A356铝基复合材料，研究了不同增强体含量对复合材料组织与性能的影响。结果表明，随着TiB₂颗粒含量增加，复合材料的晶粒尺寸逐渐降低。复合材料的强度随着增强体含量的增加而升高，而伸长率则表现出逐渐降低的趋势。利用改进的剪切-滞后模型对复合材料的屈服强度进行了预测，结果表明，该模型较好地反映了TiB₂/A356铝基复合材料的强度变化。
研究·论述
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  选区激光熔化高强铝合金缺陷的形成及控制研究进展

  鲁强, 李凯, 杨明军, 李丽娅, 李瑞迪, 杜勇, 张莹, 王继成, 李谷南

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 703-712. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.009

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  介绍了高强铝合金在选区激光熔化成形过程中的气孔、热裂纹等缺陷类型，总结了最新研究成果中控制缺陷形成的措施，如合理控制工艺参数、添加异质形核剂等。介绍了相图热力学计算中希尔凝固与相平衡模块在选区激光熔化成形高强铝合金设计与制备中的应用，提出了利用相图热力学计算优化合金成分、促进α-AlFeMnSi快速形核等来获得新型无裂纹的选区激光熔化成形高强铝合金材料的新途径，可以实现选区熔化成形高强铝合金的快速设计。
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  Mg-Gd (Y)合金时效析出相研究进展

  王丹

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 713-717. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.010

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  Mg-Gd （Y）合金由于优异的力学性能成为目前重点研究和开发的镁合金系列。其优异的力学性能主要来源于合金中析出相的析出强化作用。近年来，研究者对Mg-Gd （Y）合金中析出相的结构、形貌进行了大量研究，通过对Mg-Gd/Y合金中不同热处理状态下析出相结构和形貌的总结，增加了对析出相结构和形貌认识的系统性，有利于分析和概括析出相和性能之间的关系，为开发高强镁合金提供参考。
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  B在铜合金中的应用

  韩俊青, 武玉英, 胡家琨, 袁文涛, 刘相法

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 718-721. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.011

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  B作为增强相和金属材料强韧相，可以改善铜合金的性能。论述了微量B在铜合金中的作用以及对铜合金性能的影响。研究指出，加入微量B （0.15%）可以细化铜合金的组织，不仅可以提高其抗拉强度、伸长率，还能改善铜合金的导电性和耐腐蚀性能。
研究·合金性能
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  机械合金化Mg-4Zn-xY合金的显微组织和腐蚀行为

  付广艳, 刘华成, 钱神华

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 722-725. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.012

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  采用高能球磨和真空热压烧结的方法制备出不同钇（Y）含量的Mg-4Zn-xY合金。利用X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察分析合金和腐蚀产物的组成，对合金进行动电位极化、浸泡腐蚀试验并分析其腐蚀性能及原因。结果表明，在Mg-4Zn合金中添加Y元素，有新的第二相（Mg₁₂YZn、Mg₂₄Y₅）产生，动电位极化后Mg-4Zn-xY合金形成有效的Mg （OH）₂钝化膜，产生钝化现象。添加Y元素有助于合金组织分布更加均匀及晶粒细化，使得第二相呈网状分布，促进钝化且起到腐蚀阻挡层作用，有效提高了合金的耐蚀性能。其中Mg-4Zn-10Y合金组织相对均匀细小，腐蚀电流密度小，腐蚀速度慢，耐腐蚀性能好。
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  Sc含量对ZL101合金组织和力学性能的影响

  石博, 崔晓明, 王伟, 白朴存

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 726-730. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.013

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  通过OM、SEM、TEM研究了不同Sc含量对ZL101合金组织和力学性能的影响。结果表明，当Sc含量为0.3%时能显著细化α-Al晶粒，改善共晶Si形貌，此时合金的硬度（HRC）、抗拉强度、伸长率均达到最大值，分别为29、197.95 MPa、11.06%。在ZL101合金中添加Sc后，合金会生成Al₃Sc相，形成异质核心，显著细化晶粒尺寸。
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  升温时效对7050铝合金组织及性能的影响

  周炎, 夏涵羿, 史坤, 杨湘杰

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 730-733. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.014

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  研究了初始温度为100℃，不同的升温时效工艺对7050铝合金硬度、电导率、室温拉伸性能、微观组织的影响。结果表明，当升温速率为20℃/h时，晶内析出相的平均尺寸和尺寸范围随终止温度的升高不断增大；终止温度为200℃时，升温速率为40℃/h的平均尺寸和尺寸范围较20℃/h的小。硬度和室温拉伸性能随着析出相尺寸增大先增大后减小，断口类型均为包含沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口；电导率随着升温时效的进行一直增长。通过调整升温时效的升温速率和终止温度，能得到兼具较高强度和良好耐腐蚀性能的7050铝合金，且时效所需时间短。
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  熔模铸造点阵Al的力学行为及吸能特性

  薛金涛, 韩福生, 黄英杰, 史子木, 王幸福

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 734-737. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.015

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  研究了结构参数对铸造点阵Al力学行为及吸能特性的影响。采用计算机辅助设计、光固化技术及熔模铸造法相结合的工艺，制备出了金字塔型三维点阵Al，对该材料的准静态压缩力学行为进行研究。夹角为60°时，相对密度增加约21%，平台流动应力增加近142%，单位体积吸能增加近159%，此时平台流动应力约15 MPa，单位体积吸能为2.7 MJ/m³，而当夹角增加至65°时，平台流动应力则增加到22 MPa，单位体积吸能为10.6 MJ/m³。金字塔型三维点阵Al与一般多孔金属相似，压缩应力与材料结构参数密切相关并具有明显的弹性区、平台区和致密化区。
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  铸造CrCoNi中熵合金碳化物析出行为及力学性能

  缪良田, 杜辉, 胡光武

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 738-742. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.016

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  针对铸造CrCoNi中熵合金室温强度低的问题，添加了3%（摩尔分数，下同）的Mo和0.5%的C，研究了碳化物的析出行为及其对合金的相结构、微观组织、硬度和室温压缩性能的影响。制备工艺采用传统的电弧熔炼、滴铸、固溶（1 250℃×6 h）和时效（950℃×1 h）处理，制备的铸造合金中析出了弥散分布的M₂₃C₆碳化物。细小的碳化物均匀分布在晶粒内部，粗大的碳化物分布在晶界。经碳化物强化后，CrCoNi合金的硬度（HV）由157增加到250，屈服强度由223 MPa提高到342 MPa，强化效果主要归因于碳化物的析出强化。
研究·合金工艺
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  不同成分铝杆的辊模拉拔工艺设计

  董建光, 傅珠荣, 李锋, 沈月明, 陈国权

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 743-747. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.017

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  设计了拉拔不同成分铝线坯用二连式辊模孔型工艺参数，研究了铝线坯的宽展特征。结果表明，铝线坯呈现反张力导致线坯压圆宽展微小的特征，宽展随强度而发生明显变化。在拉力试验机上实测了辊模拉拔力与拉拔模拉拔力的差别，发现辊模拉拔力降幅大于28%，具有明显的节能潜力。改进辊模结构，采用与拉拔模相同的断面减缩率，在同一台水箱拉丝机上拉拔不同成分铝线材，就两者拉拔断线、电流、拉拔油等进行对比。结果表明，多个辊模组合可以连续拉拔不同成分的铝线材，加工硬化不影响拉拔效果，具有节能、环保性佳、辊模配装简单和机件磨损低的优势。
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  高纯铝定向凝固过程温度场与成分分布研究

  贾志宏, 唐巍, 高鹏, 符浩, 李文昊, 景文祥, 鲁远勇, 纪嘉明

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 747-750. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.018

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  基于ProCAST软件对高纯铝的定向凝固过程进行数值模拟研究，通过自建的模型成功模拟了高纯铝的定向凝固过程。结果发现，在凝固过程中特殊的流场和温度场会导致铸锭中段形成反常的溶质富集区，实际生产中应当在凝固中期适当加强搅拌消除。
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  TC4钛合金细丝拉拔有限元模型建立及仿真分析

  张国朋, 姜飞龙, 许佩敏, 段博译

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 751-754. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.019

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  基于ABAQUS软件模拟了ϕ0.5 mm TC4钛合金细丝拉拔过程。结果表明，沿试样轴向，在试样和模具压缩椎接触区域残余应力较大；沿试样径向，残余应力最小值分布区域随着模具压缩角发生改变。随着压缩率增加，试样外侧残余应力最大值分布区域增加。压缩率大于50%时，试样断裂。拉拔温度随着模具压缩角和压缩率的增大而增加。实际生产时设置道次压缩率小于20%，总压缩率小于50%，模具压缩角小于25°最为合适。
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  挤压铸件不同部位和壁厚的组织及溶质分布

  张永冰, 吉泽升, 汪胜, 胡茂良, 姜博, 宋伟生

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 755-759. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.020

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  研究了挤压铸造零件不同部位的微观组织和Cu含量，并讨论了壁厚对试样微观组织和Cu含量的影响，利用光学显微镜和直读光谱仪，观察和测量了零件各部位微观组织变化和溶质含量变化。结果表明，随着试样距内浇口距离（158、201、245、284 mm）依次增大，试样的晶粒变得粗大，晶粒尺寸由18.35 μm变为39.85 μm。Cu含量由表面的1.73%~1.77%增加到心部的1.81%~1.87%，硬度（HV）由表面的102.5~106减小到心部的96~99；壁厚越大（6、17、27.5 mm），心部的硬度（HV）越小，最小值为96，晶粒变得粗大，尺寸为45.22 μm，心部Cu含量增加；从试样表面至心部，Cu含量呈增加趋势，由表面的1.73%~1.75%变为心部的1.83%~1.85%，硬度呈减小趋势。
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  铝钢双金属构件触变软芯复合锻造成形数值模拟及验证

  常旭升, 陈刚, 张鸿名, 韩飞, 王卫卫, 杜之明

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 760-768. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.021

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  提出了触变软芯复合锻造成形技术，以某型铝钢双金属标准圆柱直齿轮为成形对象，通过有限元模拟研究了不同钢质层初始壁厚以及初始温度时的双金属协调变形行为。结果表明，铝/钢协调变形行为主要受钢质层初始壁厚与半径的比值影响；铝/钢在协调变形过程中形成机械互锁，钢质层齿顶壁厚增加，齿根壁厚明显减薄，成为开裂危险区；提高钢质层温度有助于改善其流动性，但温度过高时，铝芯接触到钢质层后被快速加热，流动应力大幅降低而流动紊乱。钢管初始温度为1 100℃、初始壁厚为4 mm时，齿轮成形品质较好。基于仿真分析设计了成形试验，获得了成形品质良好的铝钢双金属齿轮，证明触变软芯复合锻造技术可实现复杂铝钢双金属构件近净成形。
研究·计算机应用
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  Ti-4.5Al合金定向凝固倾斜枝晶生长的相场法模拟

  杨帅, 赵宇宏, 陈伟鹏, 董瑞峰, 侯华

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 769-775. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.022

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  基于Karma薄界面连续相场模型，采用冻结温度近似，对Ti-4.5Al合金定向凝固倾斜枝晶生长形态进行模拟，获得了倾斜角为0°、15°、20°、30°和45°时的三维枝晶生长形貌。研究发现，随着倾斜角增大，枝晶不对称性增强，二次枝晶与三次枝晶形貌变得粗大；温度梯度越大，凝固驱动力越大，二次与三次枝晶数量增多，尺寸更为粗大，三次枝晶尖端会产生沿温度梯度方向生长的小突起。倾斜枝晶尖端位置在倾斜x轴方向低于正常枝晶，与正常枝晶共同生长时，更容易在竞争中被淘汰，与试验观察到的结果一致。
应用·压力铸造
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  挤压铸造ADC12铝合金端盖裂纹的产生及防止措施

  胡志强, 罗继相, 黄毅

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 776-778. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.023

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  从产品结构、材料成分、模具结构、工艺方法等方面系统分析了挤压铸造ADC12铝合金端盖件裂纹产生的原因，针对裂纹缺陷提出了应对措施。通过提高补缩压力，减少保压和留模时间，出模后淬火冷却等方法，有效地消除了裂纹。
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  大型压铸机机铰系统优化设计

  张华伟, 郭伟科, 殷术贵, 冯永胜, Ruediger Heim

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 779-783. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.024

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  针对锁模力为25 000 kN压铸机扩力倍数较低，开、合模过程中存在冲击的问题，开展了机铰系统的优化设计研究。首先建立了合模机构的力学模型，通过有限元法计算了结构应力、变形量和刚度，并校核了强度。将肘杆刚度作为参数，建立了机铰系统刚-柔结合多体动力学模型，仿真与测试结果相符合，验证了建模方法的准确性。最后在多体动力学模型基础上，以肘杆铰接点坐标作为设计变量，建立了优化设计模型。将优化设计与原始设计进行对比，扩力倍数由21.45提升到24.57，行程比由1.03提升到1.08，合模过程的冲击力显著减小。
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  一种压铸模具的抽芯快换导向机构

  陈亮, 丰亮, 王亚平, 杨迎风

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 784-786. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.025

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  针对复杂多油道长孔铸件，设计了一种新型的抽芯快换导向机构。本机构优化了抽芯快换的同时也起到长抽芯的导向作用，保证了铸件顺利抽出，提高了机构的可靠性。
应用·精密铸造
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  熔模铸造高温合金圆角尺寸偏差与传递规律

  余童, 汪东红, 吴文云, 雷四雄, 谭诗薪, 郝新, 周建新, 计效园, 疏达

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 786-789. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.026

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  熔模铸造过程的蜡模制备、型壳制备与铸件凝固等过程中易发生圆角尺寸偏差，是影响铸件尺寸精度的重要因素。设计具有5个内倒角与1个外倒角的圆角模型，采用KC3898NRR蜡料填充蜡模，进行陶瓷型壳制备，并浇注K423、K424、K438高温合金铸件；用Geomagic Control三维比对软件进行圆角半径尺寸偏差分析。结果发现，圆角半径尺寸在蜡模制备中偏差范围在3%~30%，陶瓷型壳的受热膨胀修正范围为2%~8%，其中K438高温合金浇注的铸件圆角半径尺寸偏差最小。
应用·离心铸造
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  离心铸造-等温淬火球墨铸铁衬套的耐磨性能

  宗爱玲, 赵剑波, 陈大鹏, 孙平

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(6): 790-792. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.06.027

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  为提高挖掘机衬套的使用寿命，采用离心铸造结合等温淬火制备了球墨铸铁（ADI）衬套，并对ADI衬套进行力学性能检测、金相组织分析和耐磨性能试验。结果表明，ADI淬火组织细密，主要由下贝氏体、球状石墨、残余奥氏体组成。在干摩擦和油润滑条件下，ADI衬套的摩擦因数和磨损量均远低于45钢，可以满足挖掘机衬套的性能要求，展现出良好的应用前景。