《铸造》杂志

  201707期

面向2030的中国铸造技术新材料·新工艺专题综述熔模铸造复合材料计算机应用生产管理试验研究应用技术
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  • 面向2030的中国铸造技术
    铸造3D打印用双组分自硬磷酸基粘结剂的研究
    邢金龙,张宏凯,张 茜
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸造技术路线图:铸造金属基复合材料
    董寅生 刘相法 李文珍 等
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸造技术路线图:铸造耐磨材料
    编撰组 组 长:李 卫 成 员:邓世萍 宋 量 李文政 陈 晓 张立波 张会友 涂小慧 温 平
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    新材料·新工艺
    激光选区熔化工艺过程数值模拟的国内外研究现状
    陶 攀1,2,3,李怀学2,3,许庆彦1,巩水利2,3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    无铅易切削硅黄铜的组织和性能研究
    朱权利,田小平,杨 超
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    镁合金坐盆铸件显微组织与性能差异研究
    李明月1,刘海峰2,崔晓鹏1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    专题综述
    熔模铸造400系列不锈钢铸件表面麻点缺陷探索
    鞠 富,武志勇,李翠薇,郝素斌,徐贵强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    电磁搅拌和数值模拟在半固态铝合金浆料制备中应用的研究现状
    陈志平1,刘 政1,陈 涛2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    熔模铸造
    Si对铝基复合材料中Tip芯-壳结构形成的影响
    仝云奇,陈体军
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    复合材料
    冒口参数对17CrNiMo6钢锭质量及利用率的影响
    崔雅茹,马占彪,赵俊学,刘诗薇,李小明,刘国军
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺参数对原位合成TiB2/Al-7Si复合材料微观组织的影响
    任 波1,赵瑞锋2, 3,刘忠侠3,刘扭参2,张红松1
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    计算机应用
    物流信息管理系统在数字化铸造车间的应用
    黄小东,杨志伟
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    生产管理
    试验研究
    聚乳酸改性磷酸盐粘结剂的研究
    龚 禧1,伍马忍1,张馨予1,彭敬东2,王丽峰3,罗维松3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    快速凝固Ni53Mn25Ga22合金薄带的马氏体转变和热致形状记忆效应
    尚尔峰1,段 双1,甄广北2,李宗宾3,董文博1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    热循环上限温度对蠕墨铸铁抗热疲劳性能影响
    陈 丹,吴素珍,陈海军,冀佳彬,李明哲
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    应用技术
    大型薄壁铝合金铸件重力铸造工艺实例分析
    马宝民1,宋国金2,韩君保3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    提高货车用铸造钩舌疲劳寿命的研究
    刘会龙,于普明,徐 堃,郑宝堂,王 雪
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    两种热处理工艺对CADI铸球力学性能和耐磨性的影响
    姚永茂1,周 健2,陈全心1,陈灿光1,李 卫2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    SYD800整体不锈钢耐蚀离心泵铸造工艺设计
    岳世琦1,蒋春宏2,林军国1,刘彩贤1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
  • 面向2030的中国铸造技术
    铸造3D打印用双组分自硬磷酸基粘结剂的研究
    邢金龙,张宏凯,张 茜
    合成了一种铸造3D打印用双组分自硬磷酸基粘结剂,探究了其常温强度、抗吸湿性、溃散性、固化速度、稳定性等使用性能。结果表明,该双组分自硬磷酸基粘结剂的常温强度高、粘度低、溃散性好、抗吸湿性能优异、硬化速度快、体系稳定,是一种性能优异的铸造3D打印用粘结剂。
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    铸造技术路线图:铸造金属基复合材料
    董寅生 刘相法 李文珍 等
    第一节 概 述  金属基复合材料(Metal Matrix Composites,简称MMCs)是以金属及其合金为基体,加入一定体积分数的纤维、晶须或颗粒等增强相经人工复合而成的材料,不仅具有现代科技对材料要求的强韧性、导电性、导热性、耐高温性、耐磨性和不吸潮等优良性能,而且在比强度、比刚度、比模量及高温性能等方面超过其基体金属或合金,同时具有可设计性和一定的二次加工性,是一种在工程技术领域和日常生活中都具有广阔应用前景的高性能材料。到目前为止,已经在汽车、电子、先进武器、机器人、核反应堆、航空、航天等领域得到应用。  金属基复合材料的研制起源于20世纪60年代,起初主要集中于利用连续纤维增强体,但由于工艺复杂且成本高,所以自80年代以来,为了降低制造成本,满足民用需要,研究的重点逐渐转向以颗粒复合为代表的颗粒、晶须、短纤维增强的非连续增强金属基复合材料。  金属基复合材料的制备方法可分为固态法和液态铸造法两种。固态法生产工艺复杂,产品形状受限制,生产成本高,难以获得广泛的应用。液态铸造法是金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合而制备金属基复合材料的工艺过程,成形时温度较高,熔融状态的金属流动性好,在一定的条件下利用传统的铸造工艺可容易地制得性能优良、形状各异的复合材料制件,相对于固态成形具有能量消耗小、易于操作、可以实现大规模工业生产和零件形状不受限制等优点,因而受到人们的青睐[1-2]。  Bains对近10年来金属基复合材料的制备方法进行了总结,铸造方法占据了半壁江山(图1)。  金属基复合材料的制备必须解决两个基本问题,即外加增强体均匀地分布在合金基体中,同时增强体与基体金属具有良好可靠的界面结合。上述基本问题都与复合材料的制备工艺技术紧密相关,已经成为现阶段制约金属基复合材料发展的瓶颈,而材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制备方法。因此,设备相对简单,成本较低,能适应规模生产的铸造金属基复合材料近年来研究较多,得到较快的发展。  金属基复合材料的研究与发展历程、应用规模与相应基体材料相同,目前主要集中于铝、镁、钛和铜及其合金。  为满足人们对铝合金铸件性能越来越高的要求。从20世纪50年代开始了高比强度、比刚度、高导热导电性能、高耐磨耐蚀耐热性能的铝基复合材料的研究、开发,是目前金属基复合材料中研究最多和最主要的复合材料。多年来,各国在研发上都投入了大量的人力物力,尤其近20年来,无论从理论上还是技术上都取得了较大进步。目前,正在向规模化生产和大范围应用迅速迈进[3-6]。今后研究的主要目标为继续提高其综合性能的同时,能保持基体材料较好的塑韧性、可加工性,并实现材料的可设计性和稳定性。  镁基复合材料具有密度小、比强度和比刚度高、良好的尺寸稳定性和优良的铸造性能。此外,这种材料还具有优良的阻尼减振、电磁屏蔽等性能,其综合性能优于铝基复合材料,是继铸造铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料,正成为汽车、军工、电子和航空航天领域中亟待开发和应用的新型复合材料[4,7-9]。由于镁具有熔点低、化学活性高、易燃、易氧化等特点,在一定程度上增加了制备的难度,镁基复合材料在制备、铸造成形加工技术等方面仍不成熟,应用仍然有限,因此需对铸造镁基复合材料的先进制备和成形加工技术进行系统深入的研究,并大力推进研究成果的产业化应用。  同其他材料一样,现有的钛合金已不能满足要求,钛基复合材料也得到研究、发展,它把钛的延展性、韧性与陶瓷的高强度、高模量结合起来,从而获得更高的剪切强度和压缩强度以及更好的高温力学性能,在某些领域逐渐取代了传统的钛合金材料[4,13-16]。目前已处于应用的前沿,优化制备技术及降低成本将成为该材料市场应用稳定化的重要因素。  铜的硬度和屈服强度较低,抗蠕变性能也较差,使其应用受到很大限制。铜中引入增强体的目的是提高铜材料的室温力学性能和高温力学性能,同时尽可能保留铜材料本身优异的导电性和导热性[4,10-12]。目前,虽然有多种工艺可用来制备这类材料,但存在工艺复杂、材料性能达不到要求、生产成本偏高的不足,开发新型的工艺简单、成本低廉的铜基复合材料制造技术,进一步提高材料的性能和生产率,降低生产成本,实现工业化生产,将成为今后的主要研发方向。  尽管金属基复合材料具有可加工性强、价格低廉以及无聚合物复合材料常见的老化、高温蠕变现象和在高真空条件下释放小分子的特点,但长期以来存在着制备工艺复杂,对环境和设备要求严格,成本高等缺点,因此其应用还不普遍。面对技术发展的强大需求和新型高性能非金属材料及其复合材料的竞争态势,要立足当前,围绕重点产品开展中试和生产工作,加快现有成熟金属基复合材料技术的产业化转移;着眼长远,整体推进,进一步提高工艺稳定性和复合材料的性能,早日迈进金属基复合材料制造强国行列;开拓创新,重点突破,自主发展,研发新的具有自主知识产权的铸造复合材料制备技术和生产工艺。第二节 关键技术  一、铸造铝基复合材料  1. 现状  在铝基复合材料的制备过程中,希望增强体在基体中均匀分散,以避免增强体聚集造成的材料缺陷、应力集中等现象。然而,随着增强体颗粒尺寸的减小,更容易产生颗粒的团聚,尤其是纳米增强颗粒。采用不同的增强体混合加入,有助于简化处理工艺,提高增强体的分散性,最终提高材料的性能。  铝基复合材料的断裂多从脆弱的界面处开始萌生,通过增强体与基体间发生一定化学反应并形成一定厚度的界面反应层,实现界面化学结合,是铝基复合材料最常见的界面结合方式,像Cf/Al、SiC/Al、B4C/Al复合材料都属于这种情况。但是,过度的界面反应会造成增强体的破坏,从而影响增强效果,尤其当界面处存在脆性相,如Cf/Al、SiC/Al复合材料中产生粗大的Al4C3相时尤为严重。到目前为止,对于铝基复合材料界面结构的研究与控制一直是学者们研究的重点问题,且并没有得到很好的解决。  原位铝基复合材料的增强相是反应合成的,内生于基体之中,因而具有许多外加增强相所不具有的独特优点。增强体在铝基体上原位形核、长大,界面纯净、无污染,界面结合强度较高;增强相热力学稳定,尺寸细小,不易聚集,弥散分布在铝基体上;省去了增强物的预处理,简化了工艺流程,成本也相对降低。  赋予复合材料优良的综合性能,增强体与基体间的多层次、多尺度结构优化设计尤为重要。目前在新型铝基复合材料的组分、结构的设计中,呈现出增强体构型化的趋势,已有研究采用层状、网状等多种复杂构型的增强体制备复合材料,希望通过结构效应对材料性能进行调控,进一步提高复合材料的性能。  2. 挑战  铝基复合材料要实现广泛的工程化应用和进一步提高性能,必须降低生产成本,提高制造效率,提高复合材料制件的可靠性和稳定性,所面临的挑战和需要解决的问题如下。(1)增强颗粒的均匀分布和与基体的相互作用。均匀分布的增强相颗粒,良好的界面结合强度可有效传递从基体到增强体的载荷,从而提高其强度与刚度。理论上,颗粒越小,复合材料的弥散强化作用越好,复合材料的性能越佳。但增强相颗粒尺寸越小,越不易分散均匀。虽然已有不少均质化方法和大量的过程控制参数,但尚缺少有说服力的解决方案。  混杂复合材料的增强体由两种或两种以上的材料组成,可在一定程度上促进增强相的均匀分布。但不同增强体的颗粒大小、相对比例、交互作用等还不清楚,还处于初步探索阶段。此外,目前对原位铝基复合材料中反应产物的生长机制缺少有说服力的解释,不能很好地控制增强相的大小、形态和分布,难以获得性能的重大突破。而且,反应过程中伴生的化合物也是目前原位铝基复合材料制备和研究中无法避免的一个难题。  因此,深入探索控制增强体分布和与基体界面行为的有效手段,优化增强体的分布和与基体的界面结构,提高“界面”对材料性能的贡献,仍是颗粒增强铝基复合材料面临的挑战和研究的重点。(2)多尺度、多构型设计与结构性能优化。通常情况下,颗粒增强复合材料在提高强度性能的同时,材料的塑、韧性会有一定程度的降低。目前在新型铝基复合材料的组分、结构的设计中,呈现出增强体构型化的趋势,采用预制的连续纤维增强材料,如预制的层状、网状等多种复杂构型的增强体制备复合材料,通过结构效应对材料性能进行调控,进一步提高复合材料的综合性能。对增强相复杂构型的研究,还处于起步阶段。(3)复合材料标准的制定。对于颗粒增强铝基复合材料界面强度还没有统一和行之有效的检测方法,还没有能用于指导材料的设计、生产和选择的相关标准体系,需要尽快建立铝基复合材料的标准。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:颗粒增强铝基复合材料制造的典型零件得到批量应用。高强韧铸造铝基复合材料(以A356合金为基体)应达到以下主要指标:室温拉伸强度≥330 MPa,屈服强度≥275 MPa,伸长率≥12%;铸件合格率≥98%。  耐热耐磨铸造铝基复合材料应达到以下主要指标:室温拉伸强度≥290 MPa,高温(350 ℃)拉伸强度≥110 MPa;产品成品率不低于90%。(2)预计到2025年,要达到的目标:初步形成铝基复合材料的基本技术标准,解决回收利用中存在的问题。(3)预计到2030年,要达到的目标:形成铝基复合材料的系列标准,工程设计中可根据材料性能标准进行选择;生产、回收利用形成良性循环,特殊构型连续增强体增强的复合材料进入产品开发。  二、铸造镁基复合材料  1. 现状  增强体在镁合金液中的分散是存在的主要问题。铸造镁基复合材料在高于镁熔点条件下制备,镁基体与增强体之间通常浸润性差,甚至不浸润。制备过程中需对增强体进行适当的表面处理,改善与基体的浸润性,提高其在熔体中的分散能力,得到高质量的复合材料合金熔液。  船舶、飞机及军工技术的发展,对装备的使用性能和可靠性都提出更高的要求。以前由两个甚至多个部分加工完再组合在一起的零件,现在在最初阶段就按照一个整体进行设计,这些零件结构复杂,尺寸精度要求高,对铸件成分、力学性能、耐压性等性能要求高,这类镁基复合材料的成形难度很大。  挤压铸造和压铸都是近净成形工艺,能够有效避免铸件气孔、缩孔、疏松等缺陷的产生,提高基体与增强相的界面结合,但在镁基复合材料生产中,为控制镁的氧化,得到完好的铸件,需采用专用设备和工艺,这是目前镁基复合材料制备的关键之一。  2. 挑战(1)高质量镁基复合材料熔体制备技术。为提高增强相在镁基体中分布的均匀性,已开展了许多研究工作。采用电镀、化学镀、表面涂层、气相沉积等方法对非金属增强相进行表面金属化处理,采用超声波处理、添加表面活性剂、酸碱处理、原位合成及综合处理等方法来提高增强相在镁基体中的分散性。目前,各种方法的使用均取得了一定的效果,但存在方法单一、理论研究不成熟、工艺技术经济性不合理等问题。尤其是针对界面反应的机制、可控性调节及界面反应对材料性能的影响规律等方面的基础理论和工艺研究,仍将是当前及今后一段时间需要解决的重点问题。(2)镁基复合材料复杂结构件的成形技术。船舶、飞机及军工铸件产品的集成度高,工艺复杂,向大型、复杂、薄壁、多内置油路的方向发展,有些铸件结构特别复杂,在保证产品成形的同时,也要保证其形状、尺寸、强度和化学成分符合工艺要求。另外,由于部分铸件产品以前从来没有研制过,需要创新的地方也很多,这就对铸造成形提出更高的要求。(3)镁基复合材料铸造成形专用设备。新的技术势必要有新型的设备来与其匹配,以生产出更高质量的铸件。为降低其生产成本、缩短生产周期,最终扩大镁合金的应用范围,对现有设备进行改进非常重要。我国的压力铸造设备,尤其是大型压力铸造设备在设计方法、制造工艺、工作效率、能耗、可靠性等方面与发达国家相比还存在较大差距。随着人工智能的发展,铸造行业应紧密跟随国际发展潮流,在压力铸造设备自动化、远程监控技术、实时控制技术等方面开展创新和研发,发展我国的镁基复合材料铸造成形专用设备。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:颗粒增强镁基复合材料在某些零件生产中得到推广、应用。高性能铸造镁基复合材料(以ZM5合金为基体)的室温拉伸强度≥300 MPa,伸长率≥3%。(2)预计到2030年,要达到的目标:颗粒增强镁基复合材料铸造成形专用设备投入使用,制造的典型零件得到批量应用,形成基本的材料性能体系,为进一步形成材料标准建立基础。  三、铸造钛基复合材料  1. 现状  非连续增强钛基复合材料既能保持钛合金的优良特性,又具有比钛合金更高的比强度和比模量,可望成为航空航天领域重要的结构金属材料,因此,近年来备受材料领域研究者的关注。  非连续增强钛基复合材料按增强体生成方式也包括外加法和原位合成工艺方法。传统的外加法制备技术中,陶瓷增强相以颗粒、粉末的状态加入基体钛中,增强相的尺度被最初的粉末粒度所限制,一般是微米级甚至毫米级。此外,传统外加法的合成技术还需要解决增强体浸润、制备过程中增强相与基体的界面反应以及昂贵的成本等问题。  原位自生法制备的非连续增强钛基复合材料,具有制备工艺简单、生产成本低廉、增强体分布均匀,增强体与基体的相容性好,避免了外加增强颗粒的污染问题以及增强颗粒与基体的界面之间的化学反应问题,增强体和基体界面结合良好,而且增强颗粒和基体在热力学上稳定。  连续纤维增强钛基复合材料是利用高强度、高模量、低密度的纤维作为增强体,与钛金属基体复合而成,由于具有比强度高、耐高温、抗疲劳和蠕变性能好等优点,受到各国航空发动机研究机构的广泛重视。连续纤维增强钛基复合材料的发展已有30多年的历史,美国、法国、英国、德国、日本等发达国家均投入大量的人力和物力对该复合材料进行了系统和深入的研究,已在飞机发动机的压气机盘件中得到试用,大大地降低了发动机的重量,提高了发动机推重比。  2. 挑战(1)非连续增强钛基复合材料。不论是外加法还是原位合成法,目前都存在制备工艺不稳定、增强相均匀分布性差、难以获得理想的强度与塑性指标等问题,而且与实际应用还存在距离,仍然停留在实验室研究阶段。(2)连续纤维增强钛基复合材料。目前,连续纤维增强钛基复合材料的制备方法主要有箔材-纤维-箔材法、等离子喷射涂层法和物理气相沉积法,即先对纤维进行涂层处理,或把纤维网铺设在基体之间,再用固化压实的工艺得到复合材料。存在加工工艺复杂、材料各向异性、界面反应不可控等不足,而且所制备的材料价格昂贵,即使这样,公开的资料极少。国内工艺技术与国际先进水平差距较大,仅有个别研究对钛基复合材料制备整体叶环转子的制备和强度进行了模拟研究摸索。此外,目前还未见采用铸造工艺制备这类复合材料的公开报道。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:非连续增强钛基复合材料开始开发在民用产品中的应用,复合材料的主要性能指标达到:弹性模量115~125 GPa,屈服强度700~1 000 MPa,抗拉强度900~1 200 MPa,伸长率3%~5%。(2)预计到2030年,要达到的目标:非连续增强钛基复合材制造料成本明显下降,在民用产品中得到应用。连续纤维增强钛基复合材料生产技术取得显著进展,针对典型铸件开展试生产,使用温度≥700 ℃。  四、铸造铜基复合材料  1. 现状  工业上的许多元器件需要使用一些热导率高的材料,以降低工作温度;先进的电力电子设备需要新型的热性能材料制造吸热元件和导热片,电子封装材料要求具备高热导率、高强度、低热膨胀系数、易加工和低成本等特点。铜基复合材料以其高热导率、低热膨胀系数、易加工等优点,可满足这些工作条件下即时快速大量散热的要求。  电性能为主的铜基复合材料,不仅强度高,而且导电性、耐磨性也很好,在工业用电接触元件中具有广泛应用,包括触头支承体材料和触头材料。近年来,随着高速铁路发展,用于受电弓的高导电、高耐磨铜基复合材料得到快速发展。碳纤维增强铜基复合材料综合了铜的良好导电、导热性,以及碳纤维的高比强度、高比模量、低热膨胀系数,再在其中加入石墨、MoS2等具有极好自润滑特性的颗粒,既保证良好导电性,降低摩擦,又提高零件的可靠性,延长使用寿命,成为研究、开发的热点。  2. 挑战  自20世纪90年代以来,具有高导热性、低热膨胀性的颗粒增强铜基复合材料得到大量研究,但增强相与基体两相界面润湿性差,界面结合较弱,在复合材料的两相界面处易产生孔洞和裂缝的不足一直没有得到很好的解决。  铜基复合材料目前应用粉末冶金工艺较多,但孔隙是粉末冶金材料的固有特性,显著影响材料的力学、电学和工艺性能。研究表明,随着复合材料密度的增大,其硬度、抗拉强度、导电率都呈几何级数增加,因此,改善铜/增强相界面的结合性能,仍是这类材料发展的重点。采用增强相预处理、在压力作用下凝固等工艺,将有效促进基体和增强相的界面结合。开发新型的铸造成形技术,减少材料中的孔隙,提高材料的致密度,进一步提高其性能是今后的发展目标。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:采用铸造工艺生产铜基复合材料取得关键进展,制备的复合材料应达到的主要性能指标有:拉伸强度≥600 MPa,导电性≥80%IACS纯铜,铜基自润滑复合材料可用于制造高速列车受电弓滑板。(2)预计到2030年,要达到的目标:铸造工艺在铜基复合材料生产中的地位进一步提升,并在典型零件中得到推广。第三节 技术路线图参考文献:[1] Bains P S,Sidhu S S,Payal H S. 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    铸造技术路线图:铸造耐磨材料
    编撰组 组 长:李 卫 成 员:邓世萍 宋 量 李文政 陈 晓 张立波 张会友 涂小慧 温 平
    第一节 概 述  磨损是材料与装备三大失效方式之一。材料磨损以磨料磨损最为严重,所述的铸造耐磨材料及耐磨钢铁铸件主要指用于磨料磨损工况的材料和零部件。现已构成技术系列并已工程化和产业化的铸造耐磨材料及其技术分为以下5大类:  ①奥氏体锰钢(含Mn13钢系列、Mn17钢系列、Mn25钢和Mn7钢系列);②耐磨损白口铸铁(含高铬、中铬、低铬白口铸铁系列);③非锰系耐磨损合金钢(奥氏体锰钢之外的耐磨合金钢);④耐磨损球墨铸铁;⑤耐磨损钢铁复合材料。  铸造耐磨材料及耐磨铸件的主要特点是硬度高、强度高和韧性高,根据硬度、强度和韧性的匹配组合,铸造耐磨材料及耐磨铸件可用于冲击磨料磨损、高应力碾碎磨料磨损、低应力冲刷磨料磨损、黏着磨损等工况,另据其抗高温和耐腐蚀特性可用于高温磨料磨损和腐蚀磨料磨损工况。  铸造耐磨材料及耐磨铸件主要用于冶金、建材、电力、建筑、机械、国防、船舶、铁道、煤炭、化工和石化工业中的磨损工况,特别是用于冶金工业采矿挖掘机和破碎机,选矿磨矿机(球磨机),金属轧机;电力工业火电厂磨煤机;建材工业水泥厂球磨机,采石厂破碎机和挖掘机等。球磨机磨球与磨段,球磨机衬板,破碎机耐磨件,斗齿类耐磨件,杂质泵过流件与耐磨管道,铸造轧辊与辊环等6大类耐磨件是目前市场用量较大的耐磨件。  近年来,我国铸造耐磨材料技术研发与新技术应用取得可喜进步,一批新技术新材料的应用提高了我国铸造耐磨材料技术的整体水平,如:铁型覆砂磨球自动化生产线,金属型磨球半自动生产线,金属型磨段半自动生产线,连续热处理炉,低氧化罩式高温热处理炉,小型耐磨件(磨段、小直径磨球)垂直分型无箱射压造型自动化生产线,抗磨白口铸铁件液淬介质,过共晶高铬铸铁,耐磨超高锰钢,高硬度和高韧性耐磨合金钢,等温淬火含碳化物球墨铸铁(CADI),双液铸造双金属复合材料(抗磨白口铸铁层/铸钢或铸铁层),镶铸合金复合材料Ⅰ(硬质合金块/铸钢或铸铁),镶铸合金复合材料Ⅱ(抗磨白口铸铁块/铸钢或铸铁),铸渗合金复合材料(硬质合金、抗磨白口铸铁、WC和(或)TiC等金属陶瓷颗粒/铸钢或铸铁),EPC工艺、V法工艺、离心铸造工艺、铁型覆砂工艺、树脂砂及精铸工艺在钢铁耐磨铸件上的应用,保温发热冒口的应用,计算机数值模拟技术在耐磨铸件上的应用,EPC法耐磨损高铬铸铁/钢复合管道,钢铁液炉内吹氩净化技术,钇基重稀土孕育变质剂,炉前钢铁液孕育和变质处理技术,球磨机磨球与衬板匹配系统选材技术,高硬度高铬铸铁机械加工陶瓷刀具与加工工艺,耐磨奥氏体锰钢机械加工陶瓷刀具与加工工艺[1-2]。  在耐磨材料技术方面,我国材料研发水平较高,但工艺技术水平和装备水平还有一些差距。与耐磨材料工业发达国家相比,我国铸造耐磨材料产业的主要差距和不足是:①整体技术研发和技术改造能力较弱;②企业自主创新投入严重不足;③自动化和机械化生产程度有待提高;④缺乏专业人才;⑤知识产权认识和保护不足;⑥采用先进标准组织生产不够,执行标准不严格;⑦企业工艺技术水平参差不齐;⑧缺乏核心关键技术;⑨用新技术、新工艺生产高附加值高端产品的认识不足;⑩科技成果转化和推广应用较差;生产装备水平较低;产品质量不够稳定;熔炼与精炼水平较低,碱性电弧炉应用较少,精炼炉应用甚少;大型耐磨件制造困难;铸件表面质量较差;尺寸和重量偏差较大;先进检测仪器和手段的应用较少;产品国际竞争力欠佳[1-2]。  我国铸造耐磨材料产业技术与世界先进水平还有一定差距,产业技术研发能力不够与技术投入不足是这种差距的主要原因。通过加大投入、资源整合和协同创新,实现产业技术创新、改造与突破,是我国铸造耐磨材料产业升级的迫切任务。  未来数年我国铸造耐磨材料领域将在钢铁耐磨材料开发技术、熔炼与炉前处理技术、钢铁耐磨件砂型铸造成形技术、适于钢铁耐磨件的特殊铸造成形技术、铸造钢铁耐磨件的热处理技术等共性和关键技术方面重点开展研发工作。力争实现以下几项重点技术突破:①奥氏体锰钢合金设计、优化选材,在不降低韧性的情况下提高耐磨性;②解决高硬度过共晶高铬铸铁件脆性问题,提高铬合金耐磨铸铁性价比;③通过合金化、精炼、铸造工艺和热处理工艺提高非锰系耐磨损合金钢硬韧性能和拓展应用工况;④陶瓷颗粒与预制体增强钢铁基耐磨复合材料及制备技术;⑤含碳化物球墨铸铁合金设计与组织控制,提高材料硬韧性能和拓展应用工况;⑥金属型、金属型覆砂、离心铸造、外场辅助铸造等耐磨件生产线研制与应用;⑦耐磨钢铁液精炼和过滤技术研发与应用。  未来数年须建立和完善中国铸造耐磨材料产业可持续发展的技术创新体系,缩小落后领域与工业发达国家的差距,突破铸造耐磨材料产业链中的共性和关键技术,明显提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命,促进耐磨材料产业整合和发展,争取整体技术水平达到国际先进水平,部分领域技术水平达到国际领先水平。第二节 关键技术  一、钢铁耐磨材料开发技术  1. 现状(1)奥氏体锰钢[1-2]。  目前奥氏体锰钢还是国内用量最大的一类耐磨钢。国内生产和应用的奥氏体锰钢以Mn13系列和Mn17系列为主,其中屈服强度和耐磨性较高的Mn13Cr2和Mn17Cr2耐磨钢的市场用量较大,如圆锥式破碎机轧臼壁和破碎壁,旋回式破碎机衬板、电铲铲齿、大中型颚式破碎机颚板、大型锤式破碎机锤头以及大中型湿式矿山球磨机衬板等仍主要选用奥氏体锰钢。  近年来奥氏体锰钢的主要技术进步之一是严格控制Si和P含量,特别是P含量。我国国家标准严格规定P≤0.06%,某些出口锰钢件已要求P≤0.04%。进步之二是某些企业已通过精炼和造渣聚渣控制锰钢中氢、氧含量,如Mn18Cr2钢轧臼壁[O]≤15×10-6、[H]≤2×10-6。另外为减少铸造高锰钢晶粒易粗大和柱状晶现象,常常加入V、Ti、Nb、B和RE等微量元素;含W高锰钢实现晶粒细化,进而同时提高冲击韧性和抗磨损性能;常被称为超高锰钢的Mn17(Mn18)和Mn25等得到生产和应用,其中标准含碳量的ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2还被列入了奥氏体锰钢铸件国家标准。  近期研究表明,超高锰钢较适用于强烈冲击载荷磨料磨损工况。在不降低冲击韧性的情况下提高耐磨性是奥氏体锰钢发展的一个重要方向。我国部分高锰钢生产企业易出现的问题是,锰钢件夹渣物较多、碳化物超标、晶粒粗大、冲击吸收能量达不到国标要求,以致某些铸件在使用中开裂和耐磨性不够,这也是我国部分高锰钢件与工业发达国家所生产高锰钢件的主要差距。相关企业应从生产工艺控制入手,解决质量问题。(2)耐磨损白口铸铁[1-2]。  耐磨白口铸铁的主要特点是高硬度和低韧性,目前,磨球、磨段、渣浆泵过流件、反击破板锤等仍主要选用耐磨白口铸铁。Cr15、Cr20和Cr26系列高铬耐磨铸铁在国内外均已大批量生产和应用,而我国研发出的中铬硅耐磨铸铁和适于铸态应用的低铬耐磨铸铁,也已批量生产和工业应用。低碳含量(1.1%~2.0%C)的Cr12高铬铸铁(有时亦称为高铬钢),淬火回火后硬度≥HRC50,具有较好的韧性,近些年在国内外生产和应用逐渐增多。根据技术进步的实际情况,低碳含量(1.1%~2.0%C)的BTMCr12-DT牌号高铬铸铁被正式列入新修订的国家标准《抗磨白口铸铁件》。  近年来随着高铬铸铁孕育变质处理和晶粒细化技术发展,高铬铸铁件含碳量逐渐增高,以提高高铬铸铁硬度。高碳高铬铸铁板锤、叶轮和护套、磨辊和磨盘均已产业化。高硬度过共晶高铬铸铁研发与应用取得进展,澳大利亚沃曼公司制造的A217高碳高铬白口铸铁(5.0% C,35% Cr)硬度超过HRC63,应用于渣浆泵过流件,使用寿命大幅度提高。在对HRC63级耐磨铸铁的技术攻关中,我国石家庄强大泵业集团公司研发出高碳超高铬过共晶白口铸铁,热处理后硬度达到HRC63~68,冲击韧性达到4~5.5 J/cm2(20 mm×20 mm×110 mm无缺口试样),性能与A217高碳高铬白口铸铁相当。另外,西安交通大学在含钛Cr20过共晶高铬铸铁研发方面,暨南大学在HRC63以上级含铌Cr35过共晶高铬铸铁研发方面取得了一定成果。(3)非锰系耐磨损合金钢[1-2]。  非锰系耐磨合金钢具有硬度较高、韧性较高和强度较高,特别是硬韧性匹配良好的特点。目前挖掘机斗齿、水泥厂和火电厂球磨机衬板、中小型锤破机锤头、耐磨管道等大量选用非锰系耐磨合金钢。通过合金化、精炼、铸造工艺和热处理工艺可进一步提高硬韧性能和拓展应用的空间,潜力巨大。近些年来非锰系耐磨合金钢的成果之一是冶金矿山湿式球磨机衬板材料的研发和应用。氧化铝厂的热强碱性铝矿浆球磨机衬板,解决了碱脆开裂(应力腐蚀开裂)难题,含Cr量较低的多元低合金马氏体铸钢衬板已可完全替代高锰钢衬板,已创造出显著的经济效益。  非锰系耐磨合金钢特别是中碳中、低合金钢的发展方向之一是提高钢的硬度和韧性配合,即提高硬韧性,以全面提高钢的抗冲击和耐磨损能力。近些年通过合金化和工艺研发,中碳低合金铸钢硬韧性匹配已能实现HRC=50+2.5X(1),Akn=200-50X(2),其中X可取-1,0,1,2,3。这为依据具体冲击磨损工况(特别是冲击条件)研发和选材奠定了基础。目前,通过成分匹配和热处理工艺优化,生产用ZG30CrMnSiMo 已达到硬度HRC51~54,V型缺口冲击吸收能量≥20 J/cm2。优异的硬韧性配合为该钢种在较大锤头和斗齿等更高冲击磨料磨损工况的应用创造了条件。近期研究表明,初始硬度并不高的耐磨中合金钢冲击磨损加工硬化能力比中碳多元低合金钢更优,进而耐磨性更好,由此扩大了耐磨中合金钢在水泥厂和火电厂球磨机衬板等工况的应用。目前国际上挖掘机斗齿、破碎汽车的大型锤破机锤头等选用非锰系耐磨合金钢。采用AOD炉等精炼工艺技术以提高合金钢综合性能,是国外生产此类铸钢的先进技术。(4)耐磨损球墨铸铁。  10年前,通过液淬热处理生产出高硬度和一定韧性的马氏体耐磨球铁,通过Mn等合金化与液淬热处理制造出硬韧性配合较好的贝氏体-马氏体耐磨球铁。这两类耐磨球铁在国内已用于球磨机磨球的生产和组合自固型衬板生产。等温淬火球铁(ADI)具有高强度、一定韧性和良好加工硬化特性,在国内外用于齿轮、凸轮轴等易磨损件。等温淬火含碳化物球墨铸铁(CADI),含有少量碳化物形成元素Cr,并且碳化物数量随Cr量可调,CADI具有较高硬度、一定韧性和良好加工硬化特性,研发工作已取得成果,目前正试用于球磨机磨球。  耐磨球铁磨球典型牌号是ZQQTB和ZQQTM,详见国家标准GB/T 17445—2009《铸造磨球》。耐磨损球墨铸铁件5个典型牌号是QTML-1、QTML-2、QTMD-1、QTMD-2、QTMCD,详见行业标准JB/T 11843—2014《耐磨损球墨铸铁件》。(5)耐磨损钢铁复合材料[1-2]。  钢铁基耐磨复合材料是近些年国内外耐磨材料研究开发的热点之一,在一些严酷的磨损工况得到了工业应用。我国耐磨复合材料经历了双液双金属材料,高铬铁-钢镶铸材料、高铬铁-钢机械组合材料等几个阶段,10年来以复合大锤头(≥90 kg)为标志的高锰钢镶铸硬质合金(或耐磨铸铁)复合材料已在国内一批厂矿生产和应用,近年来高铬铸铁/钢双液双金属复合材料大锤头实现了工业化生产和应用,复合大锤头寿命明显高于原来的普通高锰钢锤头,提高了100%甚至更高。  前些年,比利时MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”钢铁双金属复合技术(耐磨层是硬度>HRC61的高铬铸铁,其他部位是αkn>245 J/cm2的低碳合金钢);开发出“Duocast”复合技术,将高硬度高铬铸铁镶嵌在球墨铸铁中,生产出大型立磨磨辊;研发“Xwin”技术,在立磨高铬合金磨盘(磨辊)表层镶嵌高硬异质颗粒。之后将Duocast和Xwin复合技术再组合用于立磨磨辊。用此复合铸造材料生产的磨辊和磨盘应用效果良好,反映出该复合铸造材料技术是一种先进技术,值得借鉴。但在简化工艺、保证工艺稳定性和生产成本控制方面需要加强。  陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料是近些年国内外研究开发的热点之一。近些年在应用基础研究方面,针对WC、TiC、Al2O3、SiC等陶瓷颗粒特性,与钢铁(液)冶金结合效果,表面复合材料技术工艺参数等方面的工作取得系列成果,在此基础上开发出多种钢铁基表面复合材料。关于铸渗表面复合材料,减少或不用粘接剂等添加剂得到冶金结合和致密的表面复合层是关键技术之一,提高复合层致密度和增加复合层厚度(>20 mm)是努力的方向,而由单一平面表层铸渗技术发展出弧面等复杂面表层铸渗技术是该领域的研发重点和难点。  2. 挑战  以提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命为目的,在钢铁耐磨材料开发技术方面,提出高性能新型耐磨材料、适于特殊工况的耐磨材料、低成本耐磨材料、先进耐磨复合材料四个主要研究方向。  分方向具体共性和关键技术研发项目如表1。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:  延长钢铁耐磨材料使用寿命,国内市场综合节材降耗20%以上;提高钢铁耐磨材料使用寿命和价格比,国内市场寿命和价格比提高10%以上;争取整体技术水平达到国际先进水平。(2)预计到2030年,要达到的目标:  延长钢铁耐磨材料使用寿命,国内市场综合节材降耗50%以上;提高钢铁耐磨材料使用寿命和价格比,国内市场寿命和价格比提高20%以上;整体技术水平达到国际先进水平,部分领域技术水平达到国际领先水平。  二、熔炼与炉前处理技术  1. 现状  钢铁液熔炼、精炼和过滤技术是耐磨件生产关键技术,长期以来也是我国耐磨材料生产技术与工业发达国家的主要差距之一。感应熔炼炉电耗较少,效率较高,但脱磷和脱硫效果比电弧炉差,因而感应炉造渣、聚渣和扒渣工艺就显得极为重要。AOD等精炼炉在国内耐磨件铸造厂还很少有应用,简易方法的感应熔炼炉钢铁液吹氩处理有一定成效但也用之甚少。陶瓷网(砖)过滤技术是成熟的铸造技术,亦是熔炼后净化钢铁液的补救和保证措施,但国内绝大多数耐磨件铸造企业尚未采用过滤技术。  钢铁液炉前孕育与变质处理技术是有我国特色的工艺技术,是提高钢铁液质量的有力措施之一。我国曾就各种孕育变质剂特别是含稀土孕育变质剂的研发开展了大量工作,但是许多企业仍存在孕育变质剂选用失误、用量不准、加入方法不当、与炉内熔炼钢铁液匹配不合适、处理后除渣缺失等几个突出问题,未能很好实现孕育变质处理的目的,甚至“污染”钢铁液。因此,耐磨件孕育变质工艺研发和控制成为非常重要的工作[1-2]。  2. 挑战  以提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命为目的,在熔炼与炉前处理技术方面,提出主要研究方向是高效高质熔炼与炉前处理技术。具体共性和关键技术研发项目如表2。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:  缩小落后领域与工业发达国家的差距,提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命,助推国内市场综合节材降耗20%以上。(2)预计到2030年,要达到的目标:  通过熔炼与炉前处理技术持续研发和实施,获得洁净钢铁液,细化钢铁耐磨材料晶粒,改善耐磨铸铁碳化物形态,助推国内市场综合节材降耗50%以上,整体技术水平达到国际先进水平。  三、钢铁耐磨件砂型铸造成形技术  1. 现状  铸造磨球和磨段因尺寸规格整齐和批量大而成为机械化和自动化生产线首选的耐磨件。近年来,国内一些较大的专业磨球厂相继新建或改造了磨球和磨段机械化和自动化生产线,金属型覆砂、Disa、EPC覆膜砂等磨球生产线提高了磨球生产效率和内外质量。国内研制出水冷金属型磨段生产线,显著细化耐磨白口铸铁的晶粒,大幅度提高磨段生产效率和使用寿命。  自硬树脂砂、V法和EPC(消失模)生产线在斗齿、衬板等其他耐磨件生产中亦有较好的应用。对磨球和磨段之外的大多数耐磨件而言,手工辅助机械造型成为主要生产方式,国内用得较多的是水玻璃砂。近些年国内一些企业陆续新建了耐磨件树脂砂生产线,使耐磨件内外质量有较明显的提高。其中CO2硬化树脂投放国内市场之后,耐磨件生产企业又多了一个降低成本的树脂砂生产方式,即分层选用树脂砂和水玻璃砂再用CO2一次整体硬化的生产方法。关于EPC法生产耐磨件,冷却速度低易致铸件晶粒粗大,中碳合金钢件增碳易致淬火开裂等关键问题已得到关注,并已开展“激冷”和“烧型”等尝试性工艺技术研发[1-2]。  钢铁耐磨铸件铸造收缩率较大,工艺出品率偏低,为此应重视浇冒口的工艺设计,配合使用发热和保温冒口。  2. 挑战  以提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命为目的,在钢铁耐磨件砂型铸造成形技术方面,提出主要研究方向是先进耐磨件砂型铸造技术,耐磨铸件清理与检测技术。  具体共性和关键技术研发项目如表3。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:  获得健全、均质、致密的钢铁耐磨材料铸件,铸件工艺出品率提高5%,成品率提高3%以上,铸球和铸段成品率达到90%以上,提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命和价格比。(2)预计到2030年,要达到的目标:  通过钢铁耐磨件砂型铸造成形技术持续研发和实施,突破铸造耐磨材料产业链中的共性和关键技术,获得健全、均质、致密的钢铁耐磨材料铸件,铸件工艺出品率提高10%,成品率提高5%以上,铸球和铸段成品率达到95%以上,明显提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命和价格比,整体技术水平达到国际先进水平。  四、适于钢铁耐磨件的特殊铸造成形技术  1. 现状  在各种耐磨件铸造生产中采用金属型或覆砂金属型激冷的方法,是提高耐磨件质量的较好方式之一,因为这有助于细晶强化,有助于提高生产效率,提高耐磨件的硬韧性、强度和耐磨性。国内某企业采用铁型覆砂技术生产出高质量高锰钢轧臼壁(破碎壁)。  2. 挑战  以提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命为目的,在适于钢铁耐磨件的特殊铸造成形技术方面,提出主要研究方向是适于耐磨件的特殊铸造技术,先进高效耐磨材料铸造/锻(轧、压)复合成形技术。  具体共性和关键技术研发项目如表4。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:  获得高性能钢铁耐磨材料铸件,提高铸件使用寿命10%以上,争取整体技术水平达到国际先进水平。(2)预计到2030年,要达到的目标:  获得高性能钢铁耐磨材料铸件,提高铸件使用寿命20%以上,整体技术水平达到国际先进水平,部分领域技术水平达到国际领先水平。  五、铸造钢铁耐磨件的热处理技术  1. 现状  热处理是提高耐磨钢铁件硬度和韧性,减少或消除应力的主要工艺手段。近年来,针对耐磨钢铁件热处理工艺研发工作的深入,特别是优化淬回火等热处理工艺参数方面成绩显著,进而提高耐磨件淬透性和减少合金元素用量,提高耐磨件硬度、韧性和耐磨性,同时扩大了应用范围。但是针对成分和组织不均匀的铸件特征,进一步优化工艺参数仍是努力的方向之一。针对厚大易开裂大型耐磨件热处理工艺开发和控制也是努力方向之一。另外保证耐磨件表面硬度至关重要,减少耐磨件热处理氧化的工艺和设备研发也是需要加强的重要工作。近年来,显著减少耐磨件氧化的罩式高温热处理炉的应用,为减少耐磨钢铁件表面脱碳做出了较大贡献[1-2]。  2. 挑战  以提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命为目的,在铸造钢铁耐磨件的热处理技术方面,提出先进耐磨材料铸件热处理技术、适于耐磨复合材料铸件的热处理技术、高效节能连铸连轧耐磨钢热处理技术、热处理后矫形和检测技术4个主要研究方向。  分方向具体共性和关键技术研发项目如表5。  3. 目标(1)预计到2020年,要达到的目标:  进一步获得高性能的钢铁耐磨材料铸件,提高铸造耐磨材料及铸件使用寿命,助推国内市场综合节材降耗20%以上。(2)预计到2030年,要达到的目标:  通过铸造钢铁耐磨件的热处理技术持续研发和实施,助推国内市场综合节材降耗50%以上,整体技术水平达到国际先进水平。第三节 技术路线图参考文献:[1] 李卫. 中国铸造耐磨材料产业技术路线图 [M]. 北京:机械工业出版社,2013.[2] 李卫. 中国铸造耐磨材料的发展 [J]. 铸造,2012,61(9):967-984.  编撰组   组 长:李 卫  成 员:邓世萍 宋 量 李文政 陈 晓      张立波 张会友 涂小慧 温 平
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    新材料·新工艺
    激光选区熔化工艺过程数值模拟的国内外研究现状
    陶 攀1,2,3,李怀学2,3,许庆彦1,巩水利2,3
    激光选区熔化工艺(SLM)是采用高功率激光逐层熔化粉末的方式成形金属零件,相比于传统加工技术,它可以快速成形任意精细复杂结构的零件。激光选区熔化增材制造工艺涉及多尺度、多影响因素、多学科等复杂的物理化学冶金过程,采用实验手段很难直接观察到微观物理现象,且材料工艺试验开发周期长且成本高,迫切需要跨尺度的数值模拟手段揭示其工艺过程的相关机理,降低试验开发周期及成本。本文从宏观温度场、熔池动力学、熔池凝固行为以和残余应力及变形四个方面,综述了国内外金属SLM工艺过程的数值模拟研究现状。
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    无铅易切削硅黄铜的组织和性能研究
    朱权利,田小平,杨 超
    通过正交试验法,采用熔铸方法制备无铅易切削硅黄铜。利用光学金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、万能试验机以及卧式车床等手段对其组织性能进行了研究。结果表明,加入适量的Si、Mg、Al、P等元素代替Pb,在合金的晶界晶内分布有脆而不硬的金属间化合物。所制得的无铅黄铜切削性能与铅黄铜相当。
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    镁合金坐盆铸件显微组织与性能差异研究
    李明月1,刘海峰2,崔晓鹏1
    针对某型轻量化镁合金座椅的坐盆铸件,设计了不同取样部位,并对本体试样进行显微组织观察与分析、力学性能测试和断口分析,发现铸件不同区域显微组织和力学性能的差异,对差异产生的原因进行分析与讨论。研究结果可为轻量化镁合金坐盆铸件提供结构设计及工艺优化的依据。
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    专题综述
    熔模铸造400系列不锈钢铸件表面麻点缺陷探索
    鞠 富,武志勇,李翠薇,郝素斌,徐贵强
    400系列不锈钢材质在熔模铸造生产中易发生氧化,导致铸件产生麻点及麻坑缺陷。在制壳过程中加一层石墨砂,使浇注后钢液与型壳接触面形成还原性气氛,可防止麻点麻坑的产生,保证成品率,提高生产效率。
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    电磁搅拌和数值模拟在半固态铝合金浆料制备中应用的研究现状
    陈志平1,刘 政1,陈 涛2
    简要介绍了电磁搅拌技术的原理、特点及改进。详细综述了电磁搅拌技术在半固态铝硅合金和铝稀土合金浆料制备应用中的研究进展,以及数值模拟在半固态铝合金浆料制备中的研究进展。对未来发展进行了展望,并建议通过改变坩埚尺寸及形状对半固态铝合金浆料进行后续研究。
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    熔模铸造
    Si对铝基复合材料中Tip芯-壳结构形成的影响
    仝云奇,陈体军
    采用Miedema生成热模型分析了Al-Ti-Si体系可能析出的热力学平衡相。研究了随Si含量变化的Tip芯-壳结构形态的变化及反应壳层相的变化情况,并探讨了反应壳层裂纹形成机理。结果表明,当Si含量不大于7%时,壳层厚度随着Si含量的增加而增大,致密的τ1壳层是在Si含量为9%时获得的;随着Si含量的增加,壳层中相的变化过程为(Al, Si)3Ti→(Al, Si)3Ti+τ1→τ1;反应壳层裂纹的形成主要是由体积膨胀产生的应力引起的。
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    复合材料
    冒口参数对17CrNiMo6钢锭质量及利用率的影响
    崔雅茹,马占彪,赵俊学,刘诗薇,李小明,刘国军
    钢锭利用率是冶金企业的重要经济技术指标之一。针对某钢厂6.8吨17CrNiMo6钢锭利用率偏低问题,采用上小下大敞口锭模、悬挂绝热板、添加保护渣及调整冒口参数等工艺,以提高钢锭利用率。利用ProCAST软件对不同冒容比参数下的热传递、冒口钢液收缩、冒口凝固过程、缩孔深度及冒口缺陷的变化规律进行了数值模拟,探讨不同绝热板厚度和冒口浇高对钢锭质量的影响。研究结果表明,在原浇注温度和浇注速度条件下,把绝热板厚度从50 mm增加到80 mm,冒口浇高从350 mm降低到320 mm时,冒口缩孔尖细的底部深度由216.61 mm缩短到61.76 mm,冒容比由12%降至9.56%,且不会影响锭身质量。
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    工艺参数对原位合成TiB2/Al-7Si复合材料微观组织的影响
    任 波1,赵瑞锋2, 3,刘忠侠3,刘扭参2,张红松1
    采用混合盐反应法在不同工艺参数下制备出TiB2/Al-7Si复合材料,采用XRD、SEM和金相显微镜对复合材料的微观组织进行了分析。结果表明:TiB2/Al-7Si复合材料主要由α-Al相、共晶Si相和TiB2相组成;加盐温度过高或过低时,TiB2颗粒由于沉降或不易扩散而严重聚集,而反应时间过长或过短,TiB2颗粒会出现沉降或反应不充分而聚集长大;当加盐温度为875 ℃,反应时间为20 min时,可获得尺寸细小、分布相对均匀的TiB2/Al-7Si复合材料。
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    计算机应用
    物流信息管理系统在数字化铸造车间的应用
    黄小东,杨志伟
    针对本公司数字化铸造车间如何实现智能物流系统、精益物流和柔性混流生产实施方案,使用物流信息管理系统(WMS)对仓库所有自动化设备如有轨制导车辆(Rail Guided Vehicle,RGV)、堆垛机、输送机等进行合理调度;对产品的入/出库作业进行最佳分配;对上层企业资源计划(ERP)、制造企业生产过程执行管理系统(MES)等生产数据进行实时准确的接收,同时可以反馈信息给上层系统;对系统运行过程中产生的数据进行查询、统计。系统所具备的功能可以实现生产工艺的自动化,方便决策人对生产实现进行宏观调控,及早发现问题,采取相应措施,满足生产需求。同时,与上级网络系统实现信息集成,便于上层管理部门进行宏观调控和生产决策。
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    生产管理
    试验研究
    聚乳酸改性磷酸盐粘结剂的研究
    龚 禧1,伍马忍1,张馨予1,彭敬东2,王丽峰3,罗维松3
    介绍了聚乳酸改性磷酸盐粘结剂的制备及其性能。研究了磷酸和氢氧化铝的配比、反应温度、反应时间、聚乳酸加入量和固化剂金属氧化物添加量等对铸造型砂性能的影响,探究了制备铸造型砂工艺线路。结果表明,聚乳酸改性磷酸盐粘结剂可以提高自硬砂的稳定性和抗吸湿性,从而提高自硬砂的抗压强度和流动性,可在铸造行业推广应用。
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    快速凝固Ni53Mn25Ga22合金薄带的马氏体转变和热致形状记忆效应
    尚尔峰1,段 双1,甄广北2,李宗宾3,董文博1
    用快速凝固技术制备了名义成分为Ni53Mn25Ga22的细晶合金薄带。由于快速凝固与常规的铸造方式不同,将会引起合金产生一系列的变化。通过XRD的研究表明,快速凝固使合金的室温结构发生改变;室温下,铸态合金的结构为非调制(NM)马氏体结构,而快凝薄带则为7M调制马氏体结构;快速凝固引起合金的马氏体相变温度降低,这些参数在退火后有所升高。快凝薄带弯曲变形后对其加热能够基本回复到初始形状,显示出良好的热致形状记忆效应;薄带在变形过程中不发生断裂,可见快速凝固技术显著细化了晶粒尺寸而使合金的力学性能得到明显改善,作为磁控形状记忆合金更利于实际应用。
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    热循环上限温度对蠕墨铸铁抗热疲劳性能影响
    陈 丹,吴素珍,陈海军,冀佳彬,李明哲
    研究了热循环时不同上限温度Tmax(600 ℃、700 ℃、800 ℃)下蠕墨铸铁的抗热疲劳性能及组织变化。随着上限温度升高,晶界对裂纹扩展的阻碍能力下降,龟裂和穿晶裂纹数量增加,珠光体退化加快,抗热疲劳性能下降。Tmax为600 ℃、700 ℃时,条状裂纹是蠕铁的主要破坏形式;Tmax为800 ℃时,龟裂网分布于整个试样表面,龟裂成为蠕铁的主要破坏形式。
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    应用技术
    大型薄壁铝合金铸件重力铸造工艺实例分析
    马宝民1,宋国金2,韩君保3
    从实际生产中选取两个有代表性的铸件进行工艺难点分析、工艺方案制定和工艺实施,通过重力铸造获得了较好的铸件质量,满足了用户的要求。重力铸造作为传统的铸造方法,对单件小批量产品试制,配合使用树脂砂造型,以其强大的工艺灵活性,低廉的生产成本,可以获得优质铝合金铸件。
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    提高货车用铸造钩舌疲劳寿命的研究
    刘会龙,于普明,徐 堃,郑宝堂,王 雪
    通过对比国产和国外生产的CQ钩舌的结构及化学成分,找出了国产钩舌寿命达不到3~4年的原因,即国外钩舌在结构设计及化学成分上优于国产舌钩。通过调整结构设计和化学成分及铸造工艺,国产舌钩的质量和使用寿命得到了提高。
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    两种热处理工艺对CADI铸球力学性能和耐磨性的影响
    姚永茂1,周 健2,陈全心1,陈灿光1,李 卫2
    分别采用盐浴等温淬火和油淬+空气中等温处理对同样化学成分的CADI铸球进行热处理。结果表明:两种热处理工艺铸球的显微组织均为石墨球、碳化物、针状铁素体和残余奥氏体组成,硬韧性匹配较好,铸球的硬度和冲击韧性相近。油淬+空气中等温处理铸球表面耐磨性略好于盐浴等温处理,盐浴等温处理铸球心部耐磨性略好于油淬+空气中等温处理。可采用油淬+空气中等温处理工艺替代盐浴等温热处理工艺处理CADI铸球。
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    SYD800整体不锈钢耐蚀离心泵铸造工艺设计
    岳世琦1,蒋春宏2,林军国1,刘彩贤1
    介绍了SYD800整体两级双吸不锈耐蚀离心泵铸件铸造工艺设计方案。对产品结构、质量要求和铸件材质进行了分析,针对铸件出现的尺寸偏差、疏松、冷隔、漂芯等铸造缺陷及操作关键节点,提出相应的解决方案,生产出了合格产品。
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