《铸造》杂志

  201906期

高温合金专题试验研究压力铸造造型材料工艺技术标准化
期刊基本信息

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主编:曲学良

副主编:刘冬梅

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  • 高温合金专题
    高端动力?自主为先 ——记东方汽轮机有限公司长寿命高温材料国家重点实验室
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    深耕高温材料?助力航空工业 ——记西北工业大学高温合金定向凝固研究团队
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    搅动法细晶铸造 K492M 合金的显微组织和拉伸性能
    姜 华 1 ,李相辉 1 ,盖其东 1 ,陈 昊 2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    高温合金单晶铸件中条纹晶缺陷的试验研究
    马德新 1,2 ,王?富 3 ,孙洪元 1,2 ,徐维台 1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    高温合金单晶铸件中杂晶缺陷的试验研究
    马德新 1,2 ,王?富 3 ,孙洪元 1,2 ,徐维台 1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    热腐蚀对高温合金力学性能的影响以及防护措施的研究进展
    余竹焕,刘蓓蕾,王盼航,梅自寒,费祯宝
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    几种镍基高温合金的过冷能力和单晶可铸性的研究与比较
    马德新 1,2 ,??张琼元 3 ,?王海洋 3 ,?李林蓄 3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    编者按
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    试验研究
    埋管铸造中流动液态介质物性对埋管外壁温度的影响
    高增丽 1 ,宫本奎 1 ,牛建平 2 ,韩?旭 1 ,刘运腾 3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    无孕育蠕墨铸铁的热分析及凝固特性研究
    徐锦锋 1 ,梁敬凡 1 ,苏锦琪 2 ,孟卫如 3 ,蒲?震 3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    新型 Al-P-N 晶种合金及其对过共晶 Al-Si 系 合金组织和性能的影响
    李?阳 1 ,武玉英 1 ?,孟凡超 1 ,孙谦谦 2 ,赵?硕 1 ,刘相法 1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    压力铸造
    锁模力检测及 P-Q 图像绘制智能化
    唐继强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    薄壁 AlSi10MnMg 结构件压铸工艺数值模拟与优化
    赵?旭,王?平,常东旭,孙晶莹
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    大型压铸机各种柱架结构性能比较
    唐继强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    薄壁多筋铝合金腔体低压铸造工艺
    陈正周,宋朝辉,王菊清
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    挤压铸造压力对半固态 Mg 98.5 Ni 0.5 Y 1.0 合金组织及力学性能的影响
    余?亮 1 ,吴树森 2 ,杨?雄 2 ,汪学阳 1 ,吕书林 2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    压铸单元的智能化管理
    卢宏远
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    造型材料
    方石英的含量对氧化硅陶瓷型芯性能的影响
    刘利俊 1 ,刘?超 2 ,玄伟东 1 ,杜路发 1 ,邵?玮 1 ,任忠鸣 1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺技术
    地铁用定位转臂铸造工艺设计
    李伟,杜天彬,曹健峰,曹松,姜伟航,吕昌略
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    急冷油泵泵体的铸造工艺设计
    于汇峰
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    1001-4977 (2019) 06-0644-04
    杨成达 1 ,徐来五 1 ,董子俊 2 ,董亚巍 2 ,秦颍 1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    标准化
    国家标准《镁合金铸件》修订解读
    李宇飞,冯志军,阮?明,张?寅,朱家辉,李泽华,苏?鑫
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
  • 高温合金专题
    高端动力?自主为先 ——记东方汽轮机有限公司长寿命高温材料国家重点实验室
    东方汽轮机有限公司于2008年正式立项开始F级50MW燃机自主开发。2009年承担了国家能源局大型清洁高效能源技术研究中心“高温部件实验室”的建设,组建团队开展燃机高温合金叶片精铸工艺的研发。建设了高温材料国家重点实验室和四川省院士专家工作站,坚持“产学研用”协同创新模式,引进了多位院士(涂铭旌、柳百成、翁宇庆、周克崧)和专家(马德新等),与国内相关高校、研究院所建立了广泛的联系。实验室有三个研究方向:长寿命高温材料开发与应用、重型燃机叶片精确成形技术、大尺寸高温部件服役性能及可靠性评价。叶片精确成形技术团队共40人,其中技术人员17人,博士3人,教授级高工3名,高工5人,工程师12人,团队成员平均年龄35岁。
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    深耕高温材料?助力航空工业 ——记西北工业大学高温合金定向凝固研究团队
    西北工业大学高温合金研究起始于1963年。著名物理冶金学家、中国工程院院士傅恒志自1962年从前苏联列宁格勒工学院学成回国后,即开创了我国铸造高温合金成分组织研究。1976年,傅恒志主持成立了“高温合金定向凝固与组织控制”科研组,是目前“高温合金定向凝固”团队的前身。该科研组研制出我国第一台快速定向凝固炉,为工业性定向及单晶高温合金的实验研究和凝固理论研究创造了必要条件。1978年,该团队又研制出我国第一台液态金属冷却定向凝固炉,开创了高梯度定向凝固研究先河。1979年,傅恒志在国际上率先发表了“高温合金非平衡凝固特性”论文,奠定了我国高温合金定向凝固的理论基础。傅恒志院士目前仍然活跃在科研一线,担任西北工业大学材料学院高温合金定向凝固团队的学术顾问。目前该团队以刘林教授为代表的学科带头人,包括张军教授、苏海军教授以及黄太文、杨文超、郭敏、郭跃岭等年轻学者和三名工程技术人员,46名博士、硕士研究生是开展创新研究和开发的主要力量。
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    搅动法细晶铸造 K492M 合金的显微组织和拉伸性能
    姜 华 1 ,李相辉 1 ,盖其东 1 ,陈 昊 2
    采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和拉伸性能测试等手段,研究了搅动法细晶铸造K492M合金的显微组织和拉伸性能。显微组织观察表明,铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶;热处理后,合金枝晶干和枝晶间处的γ′相由大、小两种尺寸组成,共晶组织未完全溶于基体;碳化物沿晶界析出,呈链状分布。合金在750 ℃的抗拉强度和伸长率分别为(1157±12)MPa和(9.1±2)%。抗拉断口SEM观察显示,断裂机理主要为韧窝断裂。
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    高温合金单晶铸件中条纹晶缺陷的试验研究
    马德新 1,2 ,王?富 3 ,孙洪元 1,2 ,徐维台 1
    对几种高温合金铸件中的条纹晶缺陷进行了考察和分析。发现条纹晶多出现于竖直的叶身部位,叶背多于叶盆,上部多于下部,而叶根(榫头)部位极少出现。在竖直的叶身部位的条纹晶多是纵向生长,但也有的是斜向发展。而处于水平状态的叶冠或缘板上会出现横向的条纹晶缺陷。所有条纹晶都是在基体枝晶组织的基础上形成,其基本走向由基体枝晶决定,不论这些枝晶是纵向、斜向还是横向。条纹晶不仅是是细长的线形缺陷,也可能发展为大尺度的三维缺陷,严重影响单晶铸件的质量。从铸件的微观组织来看,条纹晶实际上起源于单晶基体上断裂出来的一段枝晶。
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    高温合金单晶铸件中杂晶缺陷的试验研究
    马德新 1,2 ,王?富 3 ,孙洪元 1,2 ,徐维台 1,2
    分析了高温合金单晶叶片铸件中杂晶缺陷的特征和形成机理。指出杂晶主要产生在铸件横截面大幅度扩张的部位,如缘板和叶冠处,原因是边角处冷却过快,熔体过冷超过了合金的临界形核过冷度。通过试验验证了叶片形状、凝固工艺和合金过冷能力等因素的影响,并提出了这种几何性杂晶形成的条件判据。在生产试验中还发现杂晶也会由其他原因引起,如在型壳内壁的裂纹处和型壳与芯头的间隙中,浇注时渗入的金属液在凝固时形成杂乱晶向的金属披缝,有可能长入铸件形成杂晶。另外, 铸件在定向凝固中若产生雀斑缺陷,则雀斑链中的细小等轴晶粒可能会继续生长,扩展为粗大的杂晶组织。条纹晶也可发展成为三维的大尺度杂晶缺陷,但与基体的晶向偏离不会太大。
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    热腐蚀对高温合金力学性能的影响以及防护措施的研究进展
    余竹焕,刘蓓蕾,王盼航,梅自寒,费祯宝
    高温合金因优异的高温强度,疲劳性能、断裂韧性等综合性能,已成为燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。热腐蚀是造成涡轮发动机高温合金叶片失效的重要机制之一,深入研究高温合金热腐蚀对力学性能的影响,对发展服役条件下的热腐蚀防护措施具有重要的工程意义。本文综述了热腐蚀对高温合金疲劳性能、持久性能、蠕变性能以及其他力学性能的影响,总结了元素调控技术,表面防护涂层,激光喷丸技术等高温合金的多种防护措施,为发展耐热腐蚀高温合金提供建议。
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    几种镍基高温合金的过冷能力和单晶可铸性的研究与比较
    马德新 1,2 ,??张琼元 3 ,?王海洋 3 ,?李林蓄 3
    对6种镍基高温合金熔体在陶瓷型壳中的凝固行为进行了检测,得出了各种合金的液相线温度T L 、临界形核温度T N 和临界形核过冷度ΔT N =T L -T N ,发现它们具有明显不同的过冷能力。在单晶叶片的铸造实验中,具有高过冷能力(高于40 ℃)的合金在宏观上抗杂晶能力最强,但容易形成枝晶碎臂微观缺陷。具有中等过冷能力(20~30 ℃)的合金,既能有效防止宏观杂晶缺陷的发生,又能避免微观碎晶的形成,显示出最佳的单晶可铸性。而具有很低过冷能力(低于10 ℃)的合金,抗杂晶能力非常弱,表现出很差的单晶可铸性。镍基高温合金具有相似的化学成分,却显示出明显不同的过冷能力和单晶可铸性,对其原因还需要做进一步的研究。
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    编者按
    ??????????????材料的发展伴随着人类的文明历程,深刻影响着我们的生产和生活方式。从促使人类进入文明社会的铜、铁等金属材料,到如今能在600 ℃以上的高温及复杂应力作用下长期工作的高温合金,人们对材料的研发和使用更加先进,更加完善。高温合金具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能,广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业中。高温合金典型产品,如:涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等,应用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。在过去几十年里,国内外研究者对高温合金定向凝固缺陷进行了广泛、深入的研究,对各种铸造缺陷的产生机理有了一定的认识。但是,由于缺陷形成的复杂性和影响因素的多样性以及受研究条件的限制不能直接观察缺陷的形成过程。到目前为止,人们对各种缺陷的形成机制仍然不是很清楚,生产实践中的缺陷也没有得到彻底解决。由于缺陷引起的叶片报废居高不下,甚至成为单晶叶片发展的瓶颈。因此需要从合金设计、叶片结构设计、工艺过程控制多方面进行攻关,也需要对生产过程的管理进行优化和改进,尤其在高温合金的冶炼、装备技术方面还需要不断地探索,为我国航空发动机和工业燃机热端部件的制备提供重要的技术支撑。这样的背景之下,以高温合金为代表的高温金属材料科学研究毫无悬念地成为了一个重大的时代命题和材料科学的前沿。在攻克这一命题和攀登高峰的过程中,有一部分科技先锋在科研上引领前沿,在产业化上立足国家重大需求,在科学研究和成果转化方面取得了一系列具有国际先进水平的成果。本期的“高温合金专题”旨在展示高温合金材料研究成果和共享资源,推动我国高温合金材料研究和制备的发展。本专题汇集了部分专家学者的研究成果,介绍了两个从事高温合金研究的团队及其研究成果。本专题在内容的深度、广度方面还存在不足,期待读者朋友批评指正,我们将不断改进和提高。??????????????
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    试验研究
    埋管铸造中流动液态介质物性对埋管外壁温度的影响
    高增丽 1 ,宫本奎 1 ,牛建平 2 ,韩?旭 1 ,刘运腾 3
    在验证计算数值模型有效的基础上,研究了埋管铸造过程中冷却介质物性参数(热导率、粘度、比热)对预埋管外壁温度的影响。结果表明:随着热导率的减小,预埋管外壁的温度总体呈上升趋势,热导率低到一定程度,浇注过程中预埋管外壁温度会由于浇注过程中自由液面的波动出现温度震荡;冷却介质粘度越小,对流换热越强,预埋管外壁温度越低;冷却介质比热变化引起的预埋管外壁温度的轻微变化,主要是由于比热引起的冷却介质的温度变化所致,但是由于冷却介质在预埋管内的量相比浇注型腔空间内的液态高温铜量要小得多,因此预埋管内介质温度的变化对预埋管外壁温度的影响微弱。
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    无孕育蠕墨铸铁的热分析及凝固特性研究
    徐锦锋 1 ,梁敬凡 1 ,苏锦琪 2 ,孟卫如 3 ,蒲?震 3
    采用低镧镁硅铁合金对普通铁液进行无孕育蠕化处理,借助热分析方法研究了蠕铁铁液过冷度与凝固特性之间的相关性。结果表明,在宽泛的化学成分范围内,工业蠕铁的共晶转变平衡温度约为1 160 ℃,硅含量增多使铁液过冷度减小,而蠕化元素含量增加会加大铁液过冷倾向,蠕铁铁液的过冷度是硅含量和蠕化元素含量共同作用的结果。在非平衡条件下,蠕铁铁液在凝固时会析出大量树枝晶组织,凝固组织由奥氏体枝晶、形态不规则的蠕墨/奥氏体共晶团和少量球墨/奥氏体共晶团组成。随着蠕化剂加入量的增大,尽管铁液过冷度先增后降,但蠕化率单调下降,凝固组织显著细化。
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    新型 Al-P-N 晶种合金及其对过共晶 Al-Si 系 合金组织和性能的影响
    李?阳 1 ,武玉英 1 ?,孟凡超 1 ,孙谦谦 2 ,赵?硕 1 ,刘相法 1
    研究了Al-P-N晶种合金及其对过Al-Si合金组织和性能的影响。结果表明:AlP和AlN粒子在Al-P-N晶种合金中形成,AlN粒子存在于AlP粒子的周围,因此抑制了AlP粒子的长大,使AlP得到了细化。与Al-P合金相比,Al-P-N合金中AlP粒子数目多、尺寸小,从而提高了Al-Si熔体对P的吸收率。过共晶Al-Si合金经Al-P-N合金细化,可以减少P的添加量达到与Al-P合金相同的细化效果,且室温极限拉伸性能得到显著提高。在提高P吸收率的基础上,提出了Al-Si熔体中AlN粒子对P原子的吸附模型。
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    压力铸造
    锁模力检测及 P-Q 图像绘制智能化
    唐继强
    以30 000 kN压铸机生产某款L4汽车发动机缸体为例,简要介绍新型柱塞式锁模力检测装置的安装和压铸机操作界面的锁模力设置,实现了生产过程实时监控智能化。基于VB编程语言及换算速度,进行P-Q图像智能化绘制,为压铸机能力与模具的匹配提供依据,以此确定压铸工艺参数调整的有效性。
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    薄壁 AlSi10MnMg 结构件压铸工艺数值模拟与优化
    赵?旭,王?平,常东旭,孙晶莹
    以某薄壁AlSi10MnMg铝合金结构件为研究对象,利用正交试验法,设计多因素多水平正交试验寻求优化工艺参数组合。利用Pro/Engineer对浇注系统和铸件整体进行三维建模。在Flow-3D软件导入几何模型,对不同参数水平组合下的铸件充型状态进行数值模拟,得到充型结束后的卷气模型示意图。利用Photoshop对输出图片中铸件的卷气含量比例进行计算,对单指标的试验结果进行直观分析,得出最优参数,从而完成对压铸工艺的优化。使用优化的工艺进行生产验证, 微观组织观察和X射线检测结果显示铸件质量良好。
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    大型压铸机各种柱架结构性能比较
    唐继强
    在传统机铰式压铸机柱架结构基础上,设计了二级液压缸顶出叠加行程结构,使顶出行程比此前增加了71%。提出了直锁式压铸机结构设计方案,液电混合动力柱架结构比液压单一动力柱架结构既缩短压铸生产循环时间,又节省了能源。直锁式柱架结构较机铰式柱架结构不仅能使开、锁模过程更加平稳,并有助于降低铸件飞边缺陷,也使压铸机总质量减少15%~20%。新的设计思路可为柱架结构设计提供借鉴。
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    薄壁多筋铝合金腔体低压铸造工艺
    陈正周,宋朝辉,王菊清
    根据铝合金薄壁多筋腔体的结构特性,设计了低压铸造工艺并进行了实际生产,发现铸件存在缩松。为了消除缩松缺陷,分别采用优化充型参数和利用铸件的筋条充当内浇道这两种工艺措施,并利用X射线实时成像设备对铸件缩松区域进行实时检测。结果表明:优化充型参数对解决铸件缩松的效果不太明显,增大内浇道的截面积对解决铸件缩松非常有效,铸件良品率也大大提高。
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    挤压铸造压力对半固态 Mg 98.5 Ni 0.5 Y 1.0 合金组织及力学性能的影响
    余?亮 1 ,吴树森 2 ,杨?雄 2 ,汪学阳 1 ,吕书林 2
    采用超声振动制备Mg 98.5 Ni 0.5 Y 1.0 合金半固态浆料,随后将浆料直接挤压铸造成形,研究了挤压压力对合金组织和性能的影响。结果表明,挤压铸造能显著细化半固态Mg 98.5 Ni 0.5 Y 1.0 合金中的初生α-Mg相和长周期堆垛有序(LPSO)结构。挤压铸造压力能提高Y和Ni元素在镁基体中的固溶度,促使Mg 2 Ni颗粒在LPSO结构中析出。随着挤压铸造压力的升高,合金的晶粒尺寸降低,强度不断提高,100 MPa时合金具有最佳的综合性能,其抗拉强度、屈服强度以及伸长率分别为240 MPa、113 MPa和13.12%,与未施加压力的合金相比,分别提高了7.6%、19.56%和12.7%。
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    压铸单元的智能化管理
    卢宏远
    工业4.0和物联网也是压铸业当前的热门话题,但如何将其转化为实实在在的好处,是目前许多压铸厂家关心的问题。压铸单元智能化管理系统(Smart Cell Management, SCM),是迈向压铸工业4.0的重要一步。应用智能技术,建立一个集成控制平台,不仅能够对单元内所有设备数据采集和处理,可以诊断和解决各种意外停机,而且能够与MES 或ERP系统连通。基于数据分析和先进的算法,可预测潜在的故障停工,改善单元的运行效率。
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    造型材料
    方石英的含量对氧化硅陶瓷型芯性能的影响
    刘利俊 1 ,刘?超 2 ,玄伟东 1 ,杜路发 1 ,邵?玮 1 ,任忠鸣 1
    以石英玻璃粉为基体,方石英为矿化剂,陶瓷铸造蜡为增塑剂,利用热压注法制备了氧化硅陶瓷型芯,研究了方石英添加量对氧化硅陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明:随着方石英添加量的增加,陶瓷型芯样品中石英玻璃析晶含量先增大后减小,样品的收缩率及高温挠度逐渐减小,高温强度先增加后减小,显气孔率随方石英添加量的增加逐渐增大。经验证,在烧结温度为1 200 ℃下,方石英的最佳添加量为5%时,氧化硅陶瓷型芯的综合性能最好。
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    工艺技术
    地铁用定位转臂铸造工艺设计
    李伟,杜天彬,曹健峰,曹松,姜伟航,吕昌略
    地铁用定位转臂其关键部位的内部质量要求达到ASTM E446Ⅱ级,内部质量要求较高。在铸造工艺设计过程中,采用MAGMA 模拟软件分析了流场、温度场以及凝固过程,并进一步优化了铸造工艺。采用酯硬化水玻璃石英砂造型,中频感应电炉复合脱氧熔炼铁液浇注铸件。实际生产应用表明:优化后的铸造工艺具有较好的补缩效果,可以有效确保定位转臂的内部及外部质量;铸件表面粗糙度可达到R a =50 μm,Ⅱ、Ⅳ型非金属夹杂物控制在1级范围以内,达到产品的技术要求。
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    急冷油泵泵体的铸造工艺设计
    于汇峰
    乙烯装置急冷油泵泵体铸件材质为高强度耐高温的马氏体不锈钢CA6NM。本文采用View-Cast铸造模拟软件辅助铸造工艺设计的方法,确定了合理的浇注及补缩系统。浇注的铸件通过均匀化退火,有效预防了CA6NM材料在铸造及清整过程中裂纹缺陷的产生,得到了符合质量要求的铸件,为急冷油泵国产化提供了质量保证。
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    1001-4977 (2019) 06-0644-04
    杨成达 1 ,徐来五 1 ,董子俊 2 ,董亚巍 2 ,秦颍 1
    泥型焙烧是青铜器浇注前的重要环节,关系到最后浇注的成败及铸件的质量。有关古代泥型的焙烧温度学术界一直有不同的观点。文中从泥料可能的矿物组成、焙烧的目的及青铜器模拟浇注实验等方面讨论了古代泥型焙烧的下限温度、上限温度等问题。分析结果表明,泥型焙烧温度的下限应不低于所含有的粘土矿物脱去结构水的温度。而只要不变形,或在合范时能经过处理校正,泥型即使“陶化”了也可用来浇注。青铜浇注时的温度在1 100 ℃左右,如果泥型中含有较多在此温度内分解产生气体的其它矿物(如碳酸盐类),这些矿物的分解温度也是焙烧温度的重要考量。
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    标准化
    国家标准《镁合金铸件》修订解读
    李宇飞,冯志军,阮?明,张?寅,朱家辉,李泽华,苏?鑫
    详细介绍了GB/T 13820—2018《镁合金铸件》标准修订过程,分别在标准规范性引用文件、技术要求、试验方法、检验规则等方面论述了修订标准与原标准内容的差异和修订缘由,并根据新修订标准的内容详细论述了现标准的特点和应用范围。
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