铸造

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专题评述

吴国华

铸造. 2021, 70(1): 1-1.

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镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,具有密度小、比强度比刚度高、减振性好、电磁屏蔽能力强等性能优势。特别是近年来所发展的新型镁稀土合金材料更是大幅提高了镁合金的绝对强度和耐热性能,已逐渐成为航空航天、国防军工等领域的关键轻量化材料。然而该合金存在净化难度大、稀土元素收得率低、制备成本高等问题,同时镁稀土合金大型复杂铸件成型困难、铸造缺陷多、性能不稳定,严重限制了该系列合金在关键核心装备上的进一步应用。

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镁稀土合金熔体处理研究现状与展望

吴国华, 童鑫, 眭怀明, 丁文江

铸造. 2021, 70(1): 2-14.

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随着航空航天、国防军工等领域对装备轻量化的需求愈发迫切,轻质高强耐热镁稀土合金的开发与应用成为了当前镁合金领域的研究热点。针对镁稀土合金的熔体特性,开发配套的熔体处理工艺以提高镁稀土合金熔体制备质量,是获得高性能镁稀土合金铸件的基本保障。本文首先全面分析了镁稀土合金熔体特性及其熔体处理难点问题,系统总结了镁稀土合金熔体处理工艺的最新研究成果,深入阐明了熔体处理工艺对镁稀土合金各项关键性能指标的影响。最后面向镁稀土合金的实际工程应用需求,对其熔体处理工艺存在的问题及发展趋势进行了探讨。

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铸造高强耐热Mg-Y-Nd(-Gd)-Zr和Mg-Gd-Y-Zr系镁合金组织性能和铸造缺陷对比

陈荣石, 周波, 李吉林, 单智伟

铸造. 2021, 70(1): 15-20.

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以Mg-Y-Nd(-Gd)-Zr和Mg-Gd-Y-Zr系高强耐热镁合金为分析对象,从铸造成形方法和铸造缺陷两个方面进行了比较。结果表明,这些合金可以采用砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、低压熔模铸造和半固态触变成形等方法铸造;铸造缺陷(如热裂和疏松等)形成机理及其对力学性能的影响与其他合金相比没有明显区别;建立了疏松缺陷与力学性能的关系。

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VW63Z铸造镁稀土合金回炉料遗传性及晶粒细化特征研究

肖旅, 陈舸, 董喜旺, 闫薇薇

铸造. 2021, 70(1): 21-27.

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铸造镁稀土合金因其密度低、比强度高、高温强度高等优势已在航空航天领域得到广泛应用,然而晶粒细化程度不高及高额的制备成本制约了其更广泛的应用。文中以VW63Z高强耐热铸造镁稀土合金为研究对象,分析了报废铸件、浇注系统料、重熔埚底料三种回炉料的显微组织,在三种回炉料中均发现更多的小颗粒Zr及溶解Zr。分别以比例相同的三种回炉料作为部分原材料浇注铸件,分析组织及力学性能,并进行成本对比。结果表明,使用回炉料浇注铸件不仅能够大幅降低制备成本,而且从回炉料中遗传下来的大量优质Zr对晶粒的细化效果优于常规Mg-Zr中间合金新料,并以报废铸件重熔制备的合金组织性能最优。

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镁合金消失模铸造新技术研究

蒋文明, 樊自田

铸造. 2021, 70(1): 28-37.

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消失模铸造属于颇有特点的精密绿色铸造技术。但镁合金消失模铸造中存在充型能力差、孔洞缺陷严重、凝固组织粗大及力学性能偏低等问题。针对以上问题,国内外开发了几种镁合金消失模铸造新技术,本文主要介绍这些新技术的最新研究进展。真空低压消失模铸造技术,可保证金属液充型平稳,提高镁液充型和补缩能力,保护其充型过程,适于镁合金铸造成形。振动凝固消失模铸造技术,可提高镁合金充型能力、细化组织、明显提高铸件力学性能。消失模壳型铸造技术,可消除或减少消失模铸造易于出现的孔洞、夹杂等缺陷,能生产高质量复杂镁合金精密铸件。镁/铝双金属消失模铸造技术,可低成本直接成形复杂镁/铝双金属铸件。以上新技术都有其自身特点和应用前景。

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金属熔体凝固过程中固-液界面能的计算

田梅娟, 坚增运, 海瑞

铸造. 2021, 70(1): 38-43.

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归纳了固-液界面的特点,介绍了固-液界面能的实验测量方法、分子动力学计算方法,分析了这些方法的优缺点,并重点阐述了固-液界面能的模型。提出目前借助于计算机模拟和相关理论模型可以计算绝大部分金属的固-液界面能及其各向异性。在展望其应用前景的基础上,指出了计算界面能未来的发展方向。

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Si、Mn交互作用对一种Ni基合金凝固特性和力学性能的影响

陆璐, 倪家强, 赵丹, 王常帅

铸造. 2021, 70(1): 44-52.

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采用扫描电镜、电子探针等方法研究了Si、Mn交互作用对Ni基铸造高温合金IN625凝固特性和力学性能的影响。结果表明,Si、Mn均偏聚于枝晶间,粗化枝晶、增大Nb元素的枝晶偏析,却对Mo元素的偏析影响较小。与单独添加Si相比,同时添加Si、Mn进一步增大Si的枝晶偏析,但对Nb和Mn元素偏析影响较小,表明Mn显著影响Si的偏析行为,而Si对Mn的偏析无明显影响。Si促进γ/Laves共晶析出且其影响大于Nb元素,而Mn则对组成相无明显影响,同时含Si、Mn元素合金的凝固顺序与含Si合金相同,但γ/Laves共晶数量增加,被归因于Mn元素添加导致Si元素偏析的增大。Si、Mn对拉伸强度影响较小,但1.0wt.%Si、1.0wt.%Mn同时添加显著降低合金抗拉强度,随Si、Mn含量增加,断口表面韧窝减少,解离面增加,塑性降低。

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一种细晶铸造K465合金低压涡轮叶片组织和力学性能

尹湘蓉, 黄中荣, 龙阅文, 佘玉良, 龚晓宁, 郭志飞

铸造. 2021, 70(1): 53-57.

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为提高叶片铸件质量和生产效率,对某型机K465合金低压涡轮叶片开展细晶铸造工艺研究,对细晶铸造的精铸低压涡轮叶片的显微疏松、组织进行观察,力学性能及极限疲劳性能进行测试,并与原工艺的叶片对比,验证晶粒细化对涡轮叶片晶粒度和疲劳强度的影响。结果表明,细晶铸造工艺能使叶片铸件低倍晶粒度、枝晶间距细化,叶片的显微疏松、显微组织与原工艺相比没有变化,但室温拉伸强度略有提高,极限疲劳强度更优。

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硅砂界面预处理对三乙胺冷芯盒树脂砂性能影响的研究

钟飞升, 张雅丹, 常成, 张希兴, 李家波, 冀运东

铸造. 2021, 70(1): 58-61.

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三乙胺冷芯盒工艺,是铸造生产中常用的制芯工艺,该工艺中常用的造型砂为天然硅砂。目前对造型材料的要求是有更高的强度及更低的发气量。本文通过对天然硅砂进行界面预处理,改善了天然硅砂的界面状态,提高了冷芯盒树脂与砂的粘接强度。并且经过预处理后的硅砂强度能提高54.5%,砂芯吸湿性明显改善,可以降低砂芯树脂加入量,降低浇注过程中有害气体的产生,提高冷芯盒树脂砂的整体性能。

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重载车用特种低合金钢的铌钛微合金化技术研究与应用现状

范泽熙, 杨弋涛

铸造. 2021, 70(1): 62-67.

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基于铌、钛元素的微合金化技术被广泛应用于低合金钢中,可望为重载车用钢零件性能提升提供助益。本文综述了铌、钛添加后在车用低合金钢中的存在形式、强化机理、析出规律及铸件的热处理工艺。铌钛元素在钢中主要以析出态的形式存在,沉淀强化是其主要强化方式。常用最终热处理以淬火加高温回火为主。最后,作者对重载车用铌钛微合金钢发展方向进行了展望,对存在问题提出了一些解决思路。

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钛含量对高铬铸铁耐磨性能的影响

刘夙伟, 季峰, 张艳, 郭宇航

铸造. 2021, 70(1): 68-73.

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研究了含0.1%、0.6%、1.1%、1.6%钛的高铬铸铁的硬度和耐磨性能与组织之间的关系。通过金相组织图、XRD测试、EDS分析以及磨损试验,发现钛的添加对高铬铸铁的耐磨性能有显著影响,形成的TiC对(Cr,Fe)₇C₃碳化物有明显的细化作用,但是过多的钛会导致TiC团聚并减少基体组织中的含碳量,对高铬铸铁的耐磨性能造成负面影响。当钛含量为1.6%时,高铬铸铁硬度达到HRC 63,有着最佳的耐磨损性能,其热处理工艺为1 020℃保温2h,油淬,再经250℃保温4 h,空冷。

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蜂窝壁厚对ZTA_p/高锰钢构型复合材料强度的影响

周谟金, 王楠, 隋育栋, 蒋业华

铸造. 2021, 70(1): 74-78.

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ZTA陶瓷颗粒在粘结剂作用下形成具有蜂窝柱和蜂窝壁结构陶瓷预制体,与熔融的高锰钢金属液复合后获得ZTA_p/高锰钢构型复合材料。研究控制蜂窝结构中蜂窝柱参数不变,调节蜂窝壁尺寸大小,获得蜂窝柱/蜂窝壁不同比值的复合材料。通过测定复合材料抗压强度及屈服强度指标,得到复合材料蜂窝柱与蜂窝壁的最佳比值,为复合材料结构设计提供参考。

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汽车活塞用铝基复合材料的组织与力学性能

王波, 徐颖梅, 赵东宏

铸造. 2021, 70(1): 79-85.

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采用重力铸造和挤压铸造的方法制备了ZAlSi12Cu1Mg1Ni1合金和不同尺寸Al₂O₃颗粒增强的Al₂O₃/ZAlSi12Cu1Mg1Ni1复合材料,对比分析了铸态和T6热处理态合金的显微组织和拉伸力学性能。结果表明,重力铸造条件下,Al₂O₃/ZAlSi12Cu1Mg1Ni1复合材料中可见粗大枝晶状α-Al、灰色颗粒状共晶Si相和形状不规则的黑色Al₂O₃相,局部区域存在较为严重的团聚和显微孔洞;而挤压压力为65 MPa,α-Al树枝晶已基本球化,黑色Al₂O₃颗粒呈均匀、弥散分布,基本消除了显微孔洞缺陷。在2种不同Al₂O₃颗粒尺寸(5μm和25μm)的合金中,主要物相都为α-Al、Si和Al₂O₃相。施加挤压压力有助于提升2种合金的抗拉强度,且T6热处理后强度相较铸态都有明显提升;随着测试温度从室温上升至350℃,合金的抗拉强度逐渐降低、断后伸长率逐渐升高,且相同温度下Al₂O₃/ZAlSi12Cu1Mg1Ni1合金的抗拉强度和断后伸长率都要高于ZAlSi12Cu1Mg1Ni1合金,这是由于具有较高硬度和高温稳定性的Al₂O₃颗粒可以细化α-Al枝晶和共晶Si,起到颗粒强化和弥散强化的作用。

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大型发动机缸套的组织与性能改善措施

郭敏, 王敏刚, 李飞, 宫显辉, 卫蓉

铸造. 2021, 70(1): 86-89.

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对缸套进行了逐层解剖和组织金相分析,得出了导致缸套本体抗拉强度偏低的原因,即缸套本体存在宏观偏析缺陷,组织中有B型、D型石墨和粗大磷共晶及白斑。探讨了白斑及异常组织形成机理,并通过调整化学成分,适当提高碳当量,采用硅锰锆型高效瞬时孕育剂及新型涂料,浇注前预热模套、浇注主槽并适当提高浇注温度,充型完后强化水冷等措施,消除了白斑及异常组织,使缸套材质力学性能合格率从60%提高至98%。

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覆膜砂铸件气孔问题的成因与防治

巩建强, 曹峤

铸造. 2021, 70(1): 90-93.

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分析了覆膜砂造型工艺生产阀门类铸件气孔的各种成因,并提出相应的防治对策。从原材料、工艺设计和生产过程三方面分析了铸件气孔缺陷的成因。具体包括:覆膜砂的发气量和发气速度;铸造工艺设计及模具设计;制型(芯)、涂料、烘烤、合型、熔解、浇注等。在产品设计之初,应考虑气孔缺陷产生的所有因素并加以预防,可以有效降低铸件气孔的产生,提高铸件质量,缩短试制周期并降低生产成本。

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基于ProCAST吸阀壳体铸铝件铸造工艺设计

马煜林, 刘少华, 纪良鑫, 王芃喆, 李婷惠子, 魏长锁, 赵林

铸造. 2021, 70(1): 94-98.

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以吸阀壳体铸件为研究对象,通过对铸件材质、形状、大小及结构特点进行详细分析,提出合理的铸造工艺设计方案。运用ProCAST数值模拟软件进行铸造工艺数值模拟,对模拟结果的充型过程、缺陷分布以及工艺改进性等方面进行分析。结果表明,采用平做立浇工艺、开放式底注式浇注系统,再添加冒口及冷铁,使铸件形成一个自下而上的顺序凝固,可消除铸件存在的缩松、缩孔缺陷,确保得到符合使用条件的合格铸件。

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双相不锈钢铸件热处理凹坑与氧化皮产生原因及改善措施

马保斌, 路琛, 苏国宝

铸造. 2021, 70(1): 99-103.

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某双相不锈钢ASTM A995-5A铸件由于其固溶化热处理温度相对较高(1 140±15)℃,铸件在热处理炉体中长时间保温并随炉缓慢冷却,在热处理后发现铸件氧化较为严重,氧化皮最厚(热节部位)可达到3~4 mm,且铸件表面存在明显的凹坑。通过理论与试验相结合的方式对表面凹坑及氧化皮过厚的成因进行分析,提出在铸件表面刷涂一种高温抗氧化涂料的方案。此方案的应用使铸件在热处理时产生的氧化皮减薄了,且避免了铸件因高温长时间的热处理而导致的Mo元素氧化与挥发而造成的凹坑,并在其后的生产中证明是切实可行的。

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滤清器底座金属型铸造工艺及模具设计

王赟, 丁鹏

铸造. 2021, 70(1): 104-108.

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根据燃油滤清器底座铸件的结构特点、生产要求等进行了重力金属型铸造工艺设计,确定了起模斜度、机加工余量等参数以及浇注系统和冒口的结构。模拟分析表明,在该铸造工艺方案下铸件充型良好。铸型选用了综合分型式金属型结构,铸件内腔采用树脂砂芯。经生产实践验证,所设计的模具结构合理、工作可靠,生产的铸件质量符合要求。

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高镍壳类产品皮下气孔的产生原因及解决措施

李卫忠, 张伟, 胡自群

铸造. 2021, 70(1): 109-112.

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高镍球铁因其优良的耐高温、耐磨损、抗腐蚀以及良好的力学性能而被广泛应用于汽车相关零部件。目前对高镍材质的性能、工艺特点等相关研究较多,但针对高镍材质壳类产品的生产过程中出现问题的研究较少,尤其是针状的皮下气孔。皮下气孔形成的原因有很多,覆膜砂的特性、型腔内铁液温度以及砂芯等均会对皮下气孔的形成有重大影响。本文结合实际开发的某款产品分析了覆膜砂特性对皮下气孔的影响机理;利用Magma模拟软件研究分析了型腔内铁液温度对皮下气孔的影响,提出了提高型腔铁液温度的措施;并根据实际生产经验总结了砂芯处理方法。

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ZG310-570钢厚大铸件线性聚磁缺陷性质及成因分析

林峰云, 杨军, 徐宝库, 付海昌, 李兰国

铸造. 2021, 70(1): 113-118.