2021年, 第41卷, 第9期　
刊出日期：2021-09-20

  

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本期推荐
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  选区激光熔化工艺参数对GH4169成形件表面品质的影响

  王亮, 李斌强, 马威, 崔然, 王红英, 姚龙辉, 王斌斌, 骆良顺, 陈瑞润, 苏彦庆, 郭景杰

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1057-1062. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.001

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  以GH4169合金为研究对象，分析了激光功率、扫描速度、扫描间隔和扫描方式等工艺参数对选区激光熔化成形件表面品质的影响。对试验数据进行正交分析，观察不同工艺参数下成形件的表面品质。结果表明，当激光功率为320W、扫描速率为1000mm/s、扫描间隔为60μm、扫描旋转角度为67°、体能量密度为130~150J/mm³时，包层通道光滑、均匀、笔直，且搭接良好，表面几乎没有球化和粉末附着现象。因此，在该工艺窗口下GH4169成形件表面平整，品质较好，表面粗糙度(Ra)也相对较低。
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  Co_xCrCuFeMnNi高熵合金的高温氧化性能

  赵瑞锋, 任波, 陈海军, 张红松, 赵永涛

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1063-1068. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.002

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  采用粉末冶金方法制备了CrCuFeMnNi和CoCrCuFeMnNi两种高熵合金，在800℃下进行大气氧化增重测试，分别采用X射线衍射分析仪和扫描电镜对氧化物相和氧化截面进行了分析，讨论了两种高熵合金的大气氧化行为。结果表明，两种合金的大气氧化动力学曲线近似遵循抛物线规律，氧化初期，各合金的氧化增重较快，随氧化时间增加，各合金的氧化增重趋缓。在快速氧化阶段，CrCuFeMnNi和CoCrCuFeMnNi合金的K_p值分别为6.64×10^-11和3.55×10^-11g²·cm^-4·s^-1，在缓慢氧化阶段，二者的K_p值分别为6.05×10^-12和2.02×10^-11g²·cm^-4·s^-1，表明不含Co合金的抗氧化性能较好。两种合金的氧化产物主要是Mn₄O₃、Mn₃O₂和Cr₂O₃。不含Co的CrCuFeMnNi合金氧化后在基体与氧化层之间形成一层致密Cr₂O₃膜层，抑制了内层氧化速率，增强了合金的抗氧化性，该合金的氧化机制主要是选择性氧化。
试验研究
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  Bi对铝基滑动轴承合金力学及抗咬合性能的影响

  李聪敏, 尹延国, 曹刚, 许明, 张国涛, 马志伟, 刘聪, 李蓉蓉

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1069-1073. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.003

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  以Al-Cu-Mg合金为基体，研究了添加低熔点组元Bi后合金的微观组织、力学性能及抗咬合性能。采用XRD分析了材料的物相组成，利用SEM和EDS观察了合金的微观组织、断口形貌、磨损界面形貌。结果发现，添加低熔点组元Bi后，合金中出现球状富Bi相，当富Bi相颗粒较小时，其基本由Mg₃Bi₂相组成;当富Bi相颗粒较大时，其以Mg₃Bi₂为核，外部包裹一层Bi，形成了核壳组织。抗拉强度及硬度检测发现，添加2.6%的Bi后合金抗拉强度降低了10%，伸长率降低了21%，硬度降低了8.5%，说明Bi对合金力学性能具有一定的削弱作用。摩擦磨损试验发现，添加Bi后合金抗咬合能力明显提升，承载力从1700N增加到5500N，且在磨损表面发现带状富Bi相涂覆在磨损表面，起到减摩自润滑作用。
研究·论述
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  钢锭中缩孔与缩松缺陷的研究现状及进展

  俞占扬, 张慧, 王明林, 王学兵, 张开发, 王飞

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1073-1078. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.004

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  近几十年来，研究者对钢锭铸造过程中缩松和缩孔缺陷进行了预测和控制研究。阐述了钢锭中缩松和缩孔缺陷分布形式和形成机理，总结了多种预测缩松、缩孔分布的判据，介绍了缩松、缩孔缺陷的控制措施。对钢锭缩松、缩孔形成判据的发展进行了展望，并对缩松、缩孔缺陷的控制难题进行了归纳。
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  高强高导耐磨铝基材料的研究进展

  李银华, 凃杰松, 宗立君, 贾丹, 詹胜鹏, 杨田, 刘炼, 段海涛

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1079-1085. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.005

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  铝基材料以其伸长率高、质轻、导电性好等特点越来越得到重视，但其强度较低、耐磨性较差限制了其应用。综述了提高铝基材料强度、耐磨性与导电性的方法及研究进展，并对不同方法进行了比较;介绍了国内外铝基复合材料的研究使用情况，并对铝基材料的发展趋势进行了展望。
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  微量元素对电容器用铝箔织构形成影响的研究进展

  贾桂龙, 杨宏, 伍志铭, 黄奎, 尹建平, 甘勇

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1086-1092. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.006

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  介绍了经典的再结晶织构形成理论，综述了Fe、Cu、Zn等微量元素对电容器用高纯铝箔织构形成影响的研究进展，对高纯铝中其他典型微量元素对电容器用铝箔织构演化影响的发展方向进行了展望。
研究·计算机应用
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  选区激光熔化316L粉末过程数值模拟研究

  邱云基, 申梦清, 牛晓峰, 焦晋峰

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1092-1096. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.007

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  采用光滑粒子流体动力学方法建立了单道次选区激光熔化(SLM)的三维数学模型，耦合了流动场、温度场、表面张力以及润湿作用对选区激光熔化316L不锈钢粉末过程进行数值模拟研究。分析了不同激光功率对熔池长度和宽度的影响以及表面张力对SLM过程的影响，并与有限元模拟软件的模拟结果以及试验结果进行对比。结果表明，熔池的长度与宽度随着激光功率的增大而增大，同时也验证了马兰戈尼力是SLM过程的主要驱动力。
研究·合金性能
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  基于晶体塑性的镍基单晶合金横向高温力学性能研究

  孔令宇, 武建国, 武雷刚, 刘二强, 申强, 林金保

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1097-1102. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.008

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  采用CPFEM方法对单晶镍基高温合金DD6在760℃下的横向拉伸力学性能进行了研究，分别在不同晶体取向和加载应变速率条件下对合金的力学性能和晶体变形特征进行了分析。结果表明，计算得到的本构参数可很好的表达其力学性能，在横向拉伸下，弹性模量随晶体偏转角度增加而增加。由于不同取向下滑移系激活情况不同，合金在[100]和[110]取向具有较高的屈服应力，而在[120]取向合金则表现出较低的屈服应力。同一晶体取向不同应变速率条件下，屈服应力与应变速率的自然对数呈线性关系。
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  电场作用下Cu/Sn/Cu扩散偶的界面扩散行为

  孟祥瑞, 高秉阳, 曹志强

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1102-1108. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.009

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  利用同步辐射X射线研究了电场作用下Cu/Sn/Cu扩散偶的界面扩散行为及微观组织演变。分别在无电流、双向脉冲电流和直流电流作用下探究了Cu₆Sn₅的生长动力学。结果发现，双向脉冲电场可以显著抑制Sn/Cu界面Cu₆Sn₅的生长，迫使Cu₆Sn₅在Sn焊料中以板条状析出。而直流电场可以有效促使Cu/Sn/Cu扩散偶中的Cu₆Sn₅从阳极向阴极方向生长。
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  脉冲磁场对石墨型铸造Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金凝固组织和力学性能的影响

  谢东原, 刘峰, 周全, 陈乐平

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1109-1114. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.010

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  利用OM、SEM、EDS、XRD、拉伸试验机等手段，研究了不同的脉冲磁场参数对石墨型铸造长周期结构增强Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明，脉冲磁场可改善石墨型铸造Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金的组织和力学性能;当单次脉冲能量在0~57.6J范围内或脉冲周期在0.1~1s范围内时，随着单次脉冲能量的增加或脉冲周期的减小，合金晶粒尺寸逐渐减小，第二相体积分数逐渐增加，室温和高温力学性能逐渐提高;当单次脉冲能量为57.6J，脉冲周期为0.1s时，与未处理合金相比，合金晶粒尺寸减小了39%，第二相体积分数增加了230%，室温抗拉强度、伸长率分别提高了23%、47%，高温抗拉强度、伸长率分别提高了29%、99%。
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  弥散强化6XXX铝合金热变形行为研究

  王孝国, 张孝元, 孙瑞娟, 王斌, 王嘉伟

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1114-1118. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.011

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  对均匀化态含Mn/Cr弥散强化6XXX铝合金(WQ合金)在不同变形温度和应变速率下进行轴向热压缩试验。应用双曲正弦本构方程求得合金材料参数和激活能;基于动态材料模型获得变形合金热加工图;根据热加工图确定安全加工窗口，优化变形参数;WQ合金安全加工区域动态软化机制主要为动态回复，亚晶旋转和(亚)晶界迁移受阻于α弥散相;加工失稳区微观组织存在裂纹，主要与微孔形成和第二相开裂、脱相有关。
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  均匀化退火对7050铝合金微观组织和腐蚀性能的影响

  史晓明, 王春霞, 韦乾欢, 吴赵理, 何克准

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1119-1123. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.012

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  利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、硬度试验、极化曲线测试、晶间腐蚀试验，研究了均匀化退火对7050铝合金微观组织、硬度和腐蚀性能的影响。结果表明，在465℃进行均匀化退火时，铸态合金中粗大的η相逐渐转变为S相并逐渐固溶于铝基体中，Al₇Cu₂Fe相未发生溶解，保温36h后合金中出现了过烧现象;随保温时间延长，合金的硬度逐渐增大并趋于稳定，自腐蚀电位先增大后降低，腐蚀电流先减小后增大，晶间腐蚀深度先减小后增大，经465℃×24h后，合金具有较好的耐腐蚀性能。
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  接触导线用Cu-Cr-Zr合金的组织性能

  牛美英, 渠基磊, 曾毅, 罗凤翔

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1124-1128. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.013

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  采用硬度计、涡流导电仪、扫描电镜和透射电镜等手段，对铸态和时效态Cu-xCr-0.15Zr(质量分数，%，x=0.8~2.0)合金进行了硬度、电导率和显微组织分析。结果表明，时效态Cu-xCr-0.15Zr合金的硬度和电导率明显高于铸态;当Cr含量从0.8%增加至2.0%时，时效态Cu-xCr-0.15Zr合金的硬度、抗拉强度和电导率都呈先增加后减小的趋势，在Cr含量为1.0%时合金电导率、硬度(HB)和抗拉强度分别为48.37MS/m、138和617MPa。这主要与固溶和时效热处理后，Cu-Cr-0.15Zr合金中弥散析出了起第二相强化作用的纳米级CuZr₂相和Cu₅Zr相有关。
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  Mg₂Ni_0.9Co_0.1合金微观组织与储氢性能研究

  朱黎明, 丁鑫, 黄锋, 陈瑞润

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1128-1131. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.014

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  采用冶金法制备了Mg₂Ni_0.9Co_0.1储氢合金，通过XRD和SEM/EDS研究了合金的相组成和显微组织，利用PCT和DSC研究了合金的吸放氢性能。结果表明，铸态合金由包晶Mg₂Ni相、Mg-Mg₂Ni共晶组织和少量的先析出Mg-Ni-Co三元相组成，元素Co能够固溶在Mg₂Ni相中形成Mg₂(Ni,Co)固溶体相。合金吸氢后转化为Mg₂NiH₄相、Mg₂Ni_0.9Co_0.1H₄相和MgH₂相。Co部分替代Mg₂Ni中的Ni，显著提高了合金的等温吸放氢动力学性能，Mg₂Ni_0.9Co_0.1氢化物的放氢温度明显降低，起始放氢温度约为200℃。
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  Mg-4Al-xNd铸造合金的组织与性能研究

  雷宇, 黄正华, 李潇, 刘思琦, 张忠明, 徐春杰, 赵虎, 卢枣伦, 叶荣群, 李卫荣

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1132-1137. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.015

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  采用金属型重力铸造获得Mg-4Al-xNd(x=0、1、2、3，质量分数，%)合金试样，采用光学金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了合金的显微组织和相组成，并测试了其拉伸力学性能、硬度和导热性能。结果表明，Mg-4Al铸造合金的微观组织主要由α-Mg和β-Mg₁₇Al₁₂组成;添加1%的Nd后，形成针状和树突状Al₁₁Nd₃新相;添加2%~3%的Nd后，出现另一颗粒状新相Al₂Nd，β-Mg₁₇Al₁₂数量减少至完全消失。添加Nd可以有效提高合金的力学性能和导热性能，其中Mg-4Al-2Nd合金表现出最佳的综合性能，室温抗拉强度、伸长率、硬度(HV)和导热系数分别为209MPa、15.0%、48.8和69.5W/(m·K)，与Mg-4Al合金相比分别提高了9%、30%、6%和13%。
研究·增材制造
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  铝熔体净化用功能化多孔碳石墨材料制备合成的研究

  陈文勇, 楼华山

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1138-1143. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.016

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  高品质铝熔体是获得高性能铝铸件的前提保证。鉴于现有技术加工微孔喷嘴石墨转子存在困难的现状，提出了一种新思路，将金属3D打印技术与石墨化技术结合，开发出一种兼具优异力学性能及孔结构的新型多孔碳石墨材料。通过从模板成形、合成方法等方面阐述多孔碳石墨材料的研究进展，论证了该方案的可行性，为后续新型石墨转子研发提供参考。
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  3D打印技术在钛合金构件生产中的应用

  李渤渤, 田永武, 温方明, 乔海滨, 刘茵琪

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1144-1147. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.017

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  3D打印钛合金适合于制备复杂形状构件，可减少生产工序，并提高材料利用率。近年来，为制备结构更为复杂的钛合金结构件，同时进一步降低成本，并缩短生产周期，3D打印增材制造技术在钛合金构件生产中获得快速发展。系统介绍了3D打印技术在钛合金铸件生产中的应用优势、分类及工艺特点、现状及发展方向。
研究·合金工艺
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  长期时效对高钨镍基高温合金碳化物演变的影响

  穆岩, 王树森, 仉凤江, 王振江, 荀淑玲, 陈茂凯, 侯桂臣

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1148-1152. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.018

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  采用SEM、TEM和EPMA等分析方法对高钨镍基高温合金在1000℃长期时效期间的碳化物演变行为进行了研究。结果表明，随着长期时效进行，合金中初生的MC型碳化物可分解为M₆C型碳化物，且数量随时效时间延长而增加。当时效时间为500h时，颗粒状M₆C型碳化物转变为块状，并在时效1000h后逐渐转变为短棒状。时效1500h后，合金中的M₆C型碳化物主要呈针状。
研究·复合材料
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  热处理对镀镍后钛基复合材料组织和性能的影响

  余章俊, 陈光越, 王洪磊, 尚强林, 谢缘, 王冀恒

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1153-1157. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.019

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  为了进一步提高(TiC+TiB)/Ti-6Al-4V钛基复合材料的力学性能和物理化学性能，在钛基复合材料表面进行了化学镀镍处理，并通过不同温度的等温热处理，研究了钛基复合材料组织演变和性能的变化。结果发现，化学镀镍后，(TiC+TiB)/Ti-6Al-4V钛基复合材料在高温预扩散过程中，首先在其表层生成NiTi、Ni₃Ti和Ti₂Ni等多种镍钛的化合物;进一步扩散时，表层Ni元素主要沿着相界向内扩散，并随着热处理温度的变化，基体组织形貌和化合物相的种类都出现了变化，基体组织在950℃等温时出现了层片状共析组织，而继续升高温度会造成组织严重粗化，层状组织消失;试样的整体硬度随着热处理温度的升高，呈先下降后上升的趋势。
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  ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料界面组织及元素分布特征

  王晓杰, 刘海云, 贾登云, 陈少平

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1157-1162. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.020

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  分别在ZTA颗粒表面镀Ni和包覆Cr粉，采用负压铸渗法制备了ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基陶瓷复合材料。采用SEM、EDS、XRD等方法分析复合材料的组织结构、元素分布以及物相组成，探讨其对铸渗效果和界面结合的影响。结果表明，负压铸渗条件下，复合材料界面存在过渡区。过渡区以Si、Na为主，存在Al的扩散聚集，并且含有Fe、Cr、Ni、C、O等元素。元素的扩散有利于改善陶瓷界面润湿性，促进界面浸渗和结合。陶瓷颗粒镀Ni条件下，过渡层形成CrNiFe、NiSi₃P₄、Fe₂Al₅、Na₂NiFeF₇、NaAlSiO₄、Zr₃NiO等多种化合物，陶瓷包覆Cr的复合材料过渡层形成Cr₃O₄、AlCrFe₂、Na₆Al₄Si₄O₁₇等化合物，这些化合物可以改善陶瓷润湿性，提高铸渗效果，促进陶瓷与高铬铸铁结合。
应用·离心铸造
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  冷却速率和保温时间对42CrMo离心铸造环坯高温性能的影响

  武永红, 齐会萍, 李永堂

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1163-1166. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.021

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  针对环件铸辗连续成形高温出模环坯表面及边角易裂缺陷出现的原因，采用Gleeble-3500进行高温拉伸，研究高温出模立式离心铸造42CrMo环坯在不同冷却速率和保温时间下的力学性能。结果表明，冷却速率(1℃/s)和保温时间对材料强度影响较小，对塑性影响较大。在1000℃以下缓慢冷却，塑性提高较多，在1200℃时冷却，塑性有较大降低;快速冷却(10℃/s)则相反，1200℃时塑性提高明显。
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  不同铸造工艺及含氢量对Al-Si合金活塞喉口重熔的影响

  洪晓露, 徐英, 朱鸿磊, 张将, 彭银江, 刘永强, 陈大辉, 侯林冲

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1167-1169. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.022

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  对比Al-Si合金活塞不同铸造工艺及不同本体含氢量条件下，高能电子束重熔技术对活塞喉口显微组织和性能的影响。结果表明，在相同重熔工艺条件下，重力铸造试样的熔深大于挤压铸造的，重熔区的硬度也较挤压铸造的低;当挤压铸造试样中每100g铝氢含量高于0.25mL或重力铸造试样氢含量高于0.15mL时，重熔区边界易出现微观孔洞。在相同铸造工艺条件下，氢含量高的比氢含量低的容易出现微观孔洞，在相同氢含量下重力铸造比挤压铸造容易出现微观孔洞。
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  差压铸造大型复杂镁合金壳体铸件模拟研究

  蔡森, 王晓巍, 卢影峰

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1170-1175. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.023

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  采用差压铸造来制备大型复杂ZM5镁合金壳体铸件，利用MAGMA软件对铸件进行了温度场模拟。为了解决铸件的冶金质量问题，提出通过对差压铸造时升液管上部砂型采用半球设计，可增加从升液管进入的金属液与型腔的接触面积，进而增加受热面积，可减少金属液对型砂的热冲击，进而改善由于长时间热冲击带来的卷砂问题，从而获得优质铸件。
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  流量计主体压铸工艺数值模拟与优化

  徐鹏辉

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1176-1181. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.024

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  基于流量计主体铸件结构，设计两种压铸浇注系统，采用ProCAST软件进行数值模拟。通过分析充型过程，凝固过程及产生的缩孔缺陷的位置和原因，选择一种较优的浇注系统并通过增加冷却水管方式进行工艺优化。结果显示，工艺优化后铸件缩孔缺陷减少，采用优化工艺进行实际生产，铸件表面无冷隔、裂纹等缺陷，满足要求。
应用·精密铸造
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  宽带馈源产品一体化熔模精密铸造新工艺

  刘正勇, 张永红, 林晨阳, 李甫迅, 刘月其

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1181-1183. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.025

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  采用石膏型熔模精密铸造工艺铸造了宽带馈源一体化铸件，通过对其内部组织、尺寸精度、电性能、环境试验等进行测试，发现其测试值完全满足设计要求，并且一致性比相同机加件优良。该铸件整体制造工艺生产效率高、生产成本低。
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  涡轮后机匣支板熔模铸造工艺数值模拟及优化

  杨新娣, 田智星, 路涵博, 杨建鑫, 张志坤, 谢锦丽

  特种铸造及有色合金. 2021, 41(9): 1184-1188. https://doi.org/10.15980/j.tzzz.2021.09.026

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  针对涡轮后机匣支板熔模铸造工艺，利用ProCAST软件对铸件充型过程、型腔内压力演变、铸件缩松、缩孔缺陷等方面进行模拟，分析了缺陷形成原因。采用改进排气通道、调整支板浇注位置与时长、铸件凝固顺序等措施优化工艺，同时进行数值模拟。结果表明，优化工艺的充型过程稳定、型腔内未形成“憋气”现象，支板内无缩松、缩孔缺陷。经浇注验证，铸件质量满足ASTME192标准要求。