铸造

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专题评述

吕志刚

铸造. 2021, 70(2): 137-138.

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在铸造工艺大家庭中,熔模铸造独树一帜,该工艺历史传承悠久,早在五六千年前就被人类所采用。古人应用该工艺成形复杂的金属铸件,铸成了一批传世的艺术精品。在现代工业发展中,熔模铸造不断进步,成为适用合金种类广、成形精度高、表面质量好、批量灵活的铸造工艺,特别是随着航空工业对铸件要求越来越高,面对以航空发动机为代表的高端装备中核心铸件的需求,熔模铸造展现出了强大的生命力,成为航空制造中的核心技术之一。本专题共邀请相关专家和专业技术人员撰写了5篇论文。其中2篇反映熔模铸造在高附加值产品中的应用。1篇介绍光固化增材制造技术与熔模铸造的结合。另有2篇分别介绍熔模铸造的数字化智能化问题和发挥熔模铸造优势,进行产品结构和工艺优化的实践。

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大型复杂钛合金铸件熔模精密铸造技术

冉兴, 吕志刚, 曹建, 李培杰

铸造. 2021, 70(2): 139-146.

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钛合金熔模铸造工艺过程复杂,影响铸件质量的因素较多,而大型复杂钛合金熔模精密铸造技术是铸造行业的前沿技术。文中介绍了大型复杂钛合金熔模铸造技术的国内发展现状,详细论述了铸件尺寸精度及铸件质量控制的技术难点及应对措施。结合大型复杂铸件离心铸造生产实际,对关键过程的质量影响因素进行全面分析,从制模、制壳、熔铸等工艺过程阐述如何提高大型复杂铸件的尺寸精度及铸件质量,为大型复杂钛合金熔模铸造工艺设计提供参考和借鉴。

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高温合金涡轮叶片近净形熔模精密铸造技术研发趋势

曹腊梅, 薛明

铸造. 2021, 70(2): 147-154.

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从燃气涡轮发动机涡轮叶片的结构和合金材料发展特点的角度,阐述了高温合金涡轮叶片近净形熔模精密铸造技术研究发展的趋势,并对单晶涡轮叶片型性共控技术提出了展望。

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光固化增材制造技术在熔模铸造中的应用

胡可辉, 赵鹏程, 吕志刚

铸造. 2021, 70(2): 155-159.

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增材制造工艺可以实现复杂形状直接成形,其中光固化增材制造技术具有成形精度高的优势。利用光固化增材制造技术制备熔模,然后与熔模铸造工艺相结合,可以更好地发挥两种工艺的优势,缩短工艺周期。利用光固化增材制造技术制备熔模铸造用陶瓷型芯、型壳,可实现熔模铸造工艺的快速响应。文中简介了光固化增材制造技术的相关设备及成形原理,并分别阐述了光固化树脂熔模和光固化陶瓷型芯/铸型在熔模精密铸造工艺中的应用。

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熔模铸造数字化智能化大数据工业软件平台的构建及应用

周建新, 殷亚军, 计效园, 沈旭

铸造. 2021, 70(2): 160-174.

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数字化、智能化、大数据等技术的广泛应用正从各方面推动着铸造业的发展和变革,它不仅可以提高生产效率和降低生产成本,同时又能促使新技术和新工艺的不断出现,使铸造生产正在从主要依靠经验走向科学理论指导生产的阶段。目前,数字化、智能化、大数据等技术所形成的工业软件指导铸造生产主要是在铸造工艺设计系统(CAD/CAE)、产品信息及生产管理系统(PDM/ERP)、车间执行系统(MES)以及铸造设备采集与监控系统(SCADA)等四个方面对铸造企业信息化的支持。然而,由于缺乏全局规划和统一的集成化系统架构,各工业软件系统间难以集成通信,存在诸多数据重复、数据孤岛、不一致,经长时间积累造成系统维护困难、使用效率低下等问题和挑战,严重制约着企业的发展。工业软件集成化已成为当前铸造信息化发展的迫切需求和必然趋势。为此,笔者提出构建熔模铸造数字化智能化大数据工业软件平台的思路,该平台从业务价值层、技术设计层、制造执行层、设备数据传感采集层四个层面进行CAD、CAE、ERP、PDM、MES、SCADA等工业软件系统的无缝集成方法,定义了ERP对PDM进行设计驱动、PDM对MES进行工艺指导、SCADA结合MES对PDM进行生产过程工艺参数监控与预警的方法,以及各层之间信息通讯与作用机制。与此同时,该架构基于高度柔性化技术,具有系统柔性集成,系统模块按需搭建、按需增配特性。最后给出了该技术在熔模铸造企业的应用实例,效果表明:该工业软件平台,一方面满足了企业信息化第一阶段的需求,构建了ERP、MES、PDM集成化系统,消除了信息孤岛、重复和不一致,实现了全局信息共享,大幅提高了企业协同运作效率;另一方面促进了企业信息化第二阶段的发展,集成构建SCADA系统,对铸造设备运行中各关键参数进行数据采集、监控及预警。数字化智能化大数据工业软件平台将有助于促进精密铸造企业生成与管理的科学转变,极大提升软实力并促进智能转型。

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气瓶支架轻量化集成设计实践

唐平生

铸造. 2021, 70(2): 175-179.

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气瓶支架是新能源车型上的重要部件,目前侧置式结构普遍采用多块钢质型材切割后焊接,座式结构普遍采用铝质型材切割后焊接。铸造工艺可以做到等强度、变截面、空心型、复杂化、薄壁型结构,而焊接工艺难以实现。本文重点介绍气瓶支架制造工艺优化设计和分析结果,其中轻量化的支架本体采用熔模铸造工艺制造,气瓶支架总成结合了多材质多工艺复合制造。

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熔模铸造废弃型壳再生利用研究

房宇, 李家波, 李晓杰, 高永旺, 白晓鹭, 刘越

铸造. 2021, 70(2): 180-188.

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以熔模铸造废弃型壳为原材料,研究了废弃型壳处理工艺,可达到100%回收利用。从废弃型壳中提取高价值电熔白刚玉面砂,并利用废弃型壳剩余粉料,加入铝矾土、CaO、TiO2等作为添加剂,机械球磨、造粒、固态烧结制备陶粒砂,研究了不同添加剂种类以及加入量对陶粒砂形貌和性能的影响。研究发现,利用机械球磨有效分离熔模铸造废弃型壳中高价值电熔白刚玉颗粒,可获得占废弃型壳重量7%~10%,粒径109~270μm的高价值电熔白刚玉颗粒。添加TiO2、CaO作为球形陶粒砂助烧剂,可通过固溶置换以及形成低温液相分别将烧结温度降低至1 500℃和1 375℃。单独添加1%TiO2时,1 500℃烧结保温2~3 h,陶粒砂堆积密度为1.68 g/cm3,真密度为3.058 g/cm3,显气孔率为10.6%,破碎率为1.58%;单独添加7%CaO时,1375℃烧结保温2~3h,陶粒砂的基本性能为堆积密度为1.71g/cm3,真密度为2.834 g/cm3,显气孔率降低至6.03%,破碎率仅为1.47%。

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一种单晶合金的高温循环断裂变形行为

于金江, 金天文, 谢君, 孙晓峰

铸造. 2021, 70(2): 189-193.

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系统研究了DD499单晶合金950℃应变控制的低周疲劳循环断裂变形行为。研究表明,高温氧化不但加速了裂纹在试样表面萌生,而且也促进了裂纹沿[110]方向扩展,合金低周疲劳的失效可归因于氧化、蠕变和疲劳破坏累积的共同作用结果。950℃循环应力响应为位错之间、位错与γ'沉淀相颗粒之间、位错与碳化物之间的交互作用的共同强化结果。950℃低周疲劳变形机制由位错剪切向位错攀移进行转变。

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基于专利数据的钛合金废料回收技术态势研究

鲍芳芳, 高威, 冯新, 丁贤飞, 南海

铸造. 2021, 70(2): 194-199.

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为了解全球钛合金废料回收领域知识产权状况,对全球钛合金废料回收领域专利进行文献检索、数据提取和计量分析。从整体概览、技术分析、重点专利分析等维度对全球钛合金废料收回专利予以揭示,呈现出全球钛合金废料回收技术发展态势。研究发现,中国专利申请量多,专利保护核心主要集中在切削、四氯化钛、气流粉碎、硝酸亚铁和脱硝催化剂等技术主题。

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Ti_x(Fe₁₅Co₃₅Ni₃₅Cr₁₅)_100-x高熵合金的微结构与力学性能

刘帅宾, 翟秋亚, 刘洋, 叶建林, 徐锦锋

铸造. 2021, 70(2): 200-205.

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高熵合金以其优异的力学和物化性能,被誉为下一代重点发展的合金材料。文中通过真空电弧炉熔制合金,利用OM、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和万能试验机等分析测试,研究分析了Ti_x(Fe₁₅Co₃₅Ni₃₅Cr₁₅)_100-x(x=0,2,4,6,8,10,12,14)多主元合金的微观结构和力学性能。结果表明:在宽泛的钛含量范围内,合金的基体相始终保持单一的FCC结构,凝固形态以树枝晶为特征。随着Ti含量增加,晶间η相析出数量增多,合金的相组成由单相FCC固溶体向FCC固溶体加少量晶间η-(Ni,Co)3Ti的复相结构过渡,固溶体形态则由细小的等轴晶向粗大的树枝晶转变,相应地合金的显微硬度和屈服强度趋于升高,而塑韧性下降。合金性能值域较宽,显微硬度为HV197~510,屈服强度为171~1 065 MPa。其中Ti10Ni32Co32Fe13Cr13高熵合金的塑性应变大于50%,显微硬度达HV483,屈强服度达到870 MPa,是综合性能优异的高强度高熵合金材料。

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不同强韧性匹配的重载车钩材料高周疲劳行为研究

田长亮, 赵庚宁, 崔世海, 王皓, 李鹤飞, 覃作祥

铸造. 2021, 70(2): 206-213.

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研究了不同强韧性匹配重载车钩材料的高周疲劳行为。通过不同热处理工艺获得的重载车钩材料25MnCrNiMoA钢三种不同强韧性匹配的试样,即:高强低韧、中强高韧和低强高韧三种组合的试样。采用旋转弯曲疲劳试验方法,测定了车钩材料的疲劳极限。绘制了p-S-N曲线,观察了疲劳断口,分析了在不同回火温度下获得的不同强韧性匹配对车钩材料高周疲劳行为的影响。结果表明,强韧性匹配对重载车钩材料的高周疲劳行为影响显著。经过处理的中强高韧强韧性匹配车钩材料具有较高的疲劳极限和寿命水平,与低周疲劳试验研究结果一致,本研究为车钩设计的选材和生产提供重要的理论依据。

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粘土砂铸造中除尘灰的浮选分离煤粉的研究

杨致远, 龚小龙, 胡胜利, 樊自田

铸造. 2021, 70(2): 214-218.

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采用浮选分离法对粘土砂铸造除尘灰进行浮选分离煤粉实验研究。通过单因素实验和正交实验,研究了浮选药剂用量、浮选机转速、充气速率和矿浆浓度对煤粉浮选完善指数的影响,并进行了二次浮选实验;采用扫描电镜和能谱分析对比了除尘灰、一次浮选煤粉和二次浮选煤粉的微观形貌和表面成分。研究结果表明:煤粉浮选完善指数随药剂用量、浮选机转速、充气速率和矿浆浓度的增大先增加后减少;较优的浮选工艺参数为:捕收剂用量1 050 g/t、起泡剂用量350 g/t、浮选机转速1 800 r/min、充气速率0.25 m³/h、矿浆浓度130 g/L。此时,煤粉浮选完善指数达到43.42%,浮选煤粉的灼烧减量为58.46%。经过二次浮选后,浮选煤粉灼烧减量高达73.35%,煤粉表面干净,只有少量的粘土矿物存在。

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酚醛树脂固化苯并恶嗪及制备覆膜砂的研究

刘朝政, 张娟, 郭畅畅, 单清雯

铸造. 2021, 70(2): 219-224.

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碱性条件下合成了酚醛树脂,用其固化苯并恶嗪树脂制备铸造用覆膜砂,优化树脂合成和混砂条件,并优选出固化剂的最佳用量。结果表明:酚醛树脂的最佳合成工艺为反应时间120 min,醛酚摩尔比为1.6,体系中游离酚含量低于2%,游离醛含量低于0.1%。在加入60%酚醛树脂的情况下,覆膜砂在210℃下固化120s时覆膜砂性能最为合适,热态抗拉强度达到0.55 MPa,常温抗拉强度达到1.35 MPa,强度与传统酚醛树脂混制的覆膜砂相当,且发气量和灼烧减量较低。

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自硬水玻璃砂用有机酯固化剂的改性及在铸钢件生产中的应用

张挨元, 韩宝, 左文博, 李志杰, 张小东, 王瑞, 樊超

铸造. 2021, 70(2): 225-230.

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通过新型有机酯的改性与应用研究,将有机酯改性研究的理论与实践研究相结合,研究出满足四季生产需要的新型有机酯配砂工艺,制定了根据温度及季节变化的有机酯使用方法,从而成功研制出新型的水玻璃固化剂,达到在保证砂型内在质量的同时大幅度降低液料成本的目的,同时可以保证铸件质量,起到环境保护的作用,实现绿色造型的理念。

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铸铁熔炼热分析技术发展九十年

STEFANESCU Doru michael, SUAREZ Ramon, KIM Sung bin

铸造. 2021, 70(2): 231-247.

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自从1931年Esser和Lautenbusch第一次在铸铁文献中谈及热分析以来,铸铁的热分析技术已经走过了漫长的道路。目前,热分析已被广泛应用于各种铸铁的过程控制。文中综述了热分析在设备和分析方法方面的最新进展,正是这些技术进步使得热分析得以成功应用于评估化学成分、石墨化潜能、石墨形状和数量等。详细分析了热分析技术在预测收缩缺陷倾向方面的潜力和局限性,讨论了预测力学性能和收缩倾向的实例。为了让读者更好地了解各种预测的准确性,文中给出了一些数据和图表。

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基于AnyCasting缸盖罩盖压铸工艺研究

朱洪军

铸造. 2021, 70(2): 248-252.

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通过对缸盖罩盖零件结构特点分析,提出双面侧浇道和单侧梳状浇道两种浇注系统方案,并以AnyCasting铸造模拟软件为基础模拟分析了两种浇注系统。结果显示,单侧梳状浇道能够满足铸件质量需求,双侧浇道填充过程中存在卷气情况,无法满足铸件质量需求。结果还显示,双侧浇道各个内浇道高速填充速度由下而上依次增大,且每个内浇道速度受其他浇道影响,上下波动范围较大,铸件填充过程不稳定。生产结果显示,单侧梳状浇道铸件满足VW500 97-D5的孔隙度要求。

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基于ProCAST的轮轴铸钢件砂型铸造工艺优化

韩宝, 马彦伟, 李志杰, 高海燕, 宝喜庆, 武玉平

铸造. 2021, 70(2): 253-258.

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介绍了轮轴铸造工艺设计与优化,以及在工艺设计和优化过程中采用ProCAST模拟软件对其进行模拟的结果。结果表明,铸件上部厚大部位热节大,原工艺浇注系统不利于铸件形成顺序凝固,补缩效果差,易形成缩孔、夹砂缺陷。通过改进浇道系统、芯子结构等工艺方法,减少了铸造缺陷,提高了产品合格率。

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水幕铸造技术及工业应用

韩青有

铸造. 2021, 70(2): 259-264.

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水幕铸造是一种新型铸造方法,这种方法使用水溶性粘结剂粘结型砂造型,并用水冷却正在凝固的铸件。金属液浇入型腔后,充满金属液的铸型向水幕移动。水幕将砂型逐层剥离时,直接冷却暴露出型腔部分的铸件,形成了从铸件远端向浇口的快速水冷定向凝固。与传统砂型铸件对比,用此法生产的铸件气孔率低,热裂倾向小,其凝固组织尤其是共晶组织极其细小,力学强度提高近30%,伸长率提高数倍,且具有极强的力学性能稳定性。此技术的问世引起了工业界极大的应用兴趣。本文介绍水幕铸造技术以及其工业试验和应用以及学术研究现状。

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真空感应炉自动监控系统的研究与应用

李万青, 何永亮, 刘静岩, 窦博, 严增男, 吴锋

铸造. 2021, 70(2): 265-267.

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真空感应炉主要是以生产高熵合金、高温合金、钛合金等高质量特种合金材料为主的真空冶炼设备,其自动监控系统采用PLC及触摸屏完成真空熔炼过程的自动监测与控制,自动实现各元器件间的逻辑动作、增压泵油温控制,以及安全防护监测,在满足生产工艺技术要求前提下,使真空感应炉达到最优的控制状态,整体系统操作方便,运行安全稳定,维护便捷。自动监控系统对安全生产以及产品质量提高起到了重要作用。

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《铸铁楔压强度试验方法》（GB/T 38440—2019）国家标准解读

崔兰芳, 张寅, 刘洋

铸造. 2021, 70(2): 268-271.

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介绍了《铸铁楔压强度试验方法》(GB/T 38440—2019)标准的立项背景,详细说明了标准的适用范围、试验原理、试样、仪器设备、试验条件、试验步骤、试验数据处理、楔压强度与抗拉强度之间的换算关系。介绍了楔压强度试验方法在汽车制动盘、制动鼓行业的应用。楔压强度试验试样体积小且易于加工,可以实现铸铁件本体取样,节约了能源和原材料,且大大降低了检测成本,能够准确评定铸铁件本体的强度,在设计、工艺和检验检测中具有较强的实用价值。

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坚持与创新并举激情与梦想同行——访清华大学吕志刚教授

铸造. 2021, 70(2): 272-275.