《铸造》杂志

  202008期

试验研究铸钢•铸铁有色合金造型材料工艺技术
期刊基本信息

邮发代号:8-40

主编:曲学良

副主编:刘冬梅

广告发行:王巧智、曹秀梅

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邮编:110022

  • 试验研究
    钛合金电子束冷床炉熔炼过程中硬α-TiN夹杂的溶解去除理论分析
    刘 源 岑孟江 陈 祥 张华伟 李言祥
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    镍基铸造高温合金Mar-M247的高温氧化行为
    潘苗苗 高振桓 巩秀芳 隆 彬 杨功显 宋小龙
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    抽拉速率对DD15单晶高温合金组织和力学性能的影响
    史振学 刘世忠 李嘉荣
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    等温淬火球墨铸铁精细结构分析
    韩 非 徐锦锋 闫启栋 王迎战
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸钢•铸铁
    ADI适宜碳硅量优化设计与控制
    龚文邦 刘金城 袁志刚 孙 利 张民堂 李 冲
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    包芯线种类及芯料镁含量对球墨铸铁组织及性能的影响
    齐朋展 徐锦锋 闫启栋 李建峰
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    基于正交试验法研究开发的缸盖用灰铸铁材料
    李 涛 沙 羽 赵 勇 李金辉 郭 毅 于 珍
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    有色合金
    原位Al2O3颗粒增强Al-20Si复合材料的制备及微观组织
    王光磊,曲迎东,李广龙,周启文,田 畅
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    Sr含量对Mg-7Sn-4Al-2Zn合金微观组织和力学性能的影响
    韩 宝,杜志强,张挨元,刘 江,王 瑞,刘跃辉
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    杂质含量对ZM5合金铸件耐腐蚀性能的影响
    刘春霞,成亚丁,黄 进,虞 强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    造型材料
    铝合金精密铸造用硅灰石膏型材料制备与性能
    唐 骥 ,吴 瑾 ,刘志中 ,王 涛 ,李 笑 ,巩甘雷 ,杨志刚
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    添加锆英粉矿化剂的氧化铝基陶瓷型芯试验研究
    李 彪,娄延春,于 波,苏贵桥,金 磊,宋照伟,丁 伟,高 颖
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    电熔莫来石含量对硅基陶瓷型芯性能的影响
    李寒松 ,玄伟东 ,潘文轩 ,任兴孚 ,任忠鸣
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺技术
    双金属铸焊复合辊套的制备工艺
    王 迪,荣守范,李丹丹,焦仁宝,李洪波,王俊发
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    基于CAE分析的复杂壳体压铸模具设计
    贾志欣 ,王子平 ,李继强 ,刘立君 ,霍庆文
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸造铝合金车轮水冷模具的研究
    朱大智
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    双驱动重卡用铸钢桥壳的工艺设计与改进
    于大威 ,乔景忠 ,高海燕 ,高占勇 ,华连庚 ,李 爽 ,杨 清 ,王 旭 ,宫伟祥
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    过滤网在砂型铸造过程中的应用研究
    任现伟
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
  • 试验研究
    钛合金电子束冷床炉熔炼过程中硬α-TiN夹杂的溶解去除理论分析
    刘 源 岑孟江 陈 祥 张华伟 李言祥
    从理论上建立了钛合金熔体中硬α-TiN夹杂的溶解模型,系统研究了电子束冷床炉熔 炼制备钛及钛合金铸锭过程中熔炼工艺参数对夹杂溶解速率的影响,为α-TiN夹杂的去除奠 定了理论基础。结果表明,熔体温度是影响夹杂溶解速率的最主要因素,夹杂溶解速率随熔 体温度升高而快速增加,在1 950~2 300 K的范围内时,α-TiN夹杂溶解速率在1.64~7.7 μm/s 范围内。
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    镍基铸造高温合金Mar-M247的高温氧化行为
    潘苗苗 高振桓 巩秀芳 隆 彬 杨功显 宋小龙
    研究了某工业重型燃气轮机叶片材料Mar-M247合金在800 ℃和900 ℃的恒温氧化行 为。结果表明,Mar-M247合金在两个试验温度下的氧化动力学符合抛物线规律,并且均为 完全抗氧化级,Mar-M247合金的氧化激活能约为268.4 kJ·mol -1 ,氧化过程主要是由Cr 2 O 3 的 形成来控制。借助场发射扫描电镜和能谱对氧化层组成进行分析,结果表明,合金在800 ℃ 下氧化100 h后,氧化膜最外层为Cr 2 O 3 ,中间层为TiO 2 以及少量Ta 2 O 5 与HfO 2 ,内层为钉楔状 的氧化物Al 2 O 3 ;而900 ℃下氧化100 h后,氧化膜最外层是NiO和CoO,中间层为相对致密的 Cr 2 O 3 和少量小块状不连续的TiO 2 、Ta 2 O 5 与HfO 2 ,内层为尺寸较大的钉楔状氧化物Al 2 O 3 。内 氧化区和贫化层区域随着氧化温度的升高而扩大。 研究了某工业重型燃气轮机叶片材料Mar-M247合金在800 ℃和900 ℃的恒温氧化行 为。结果表明,Mar-M247合金在两个试验温度下的氧化动力学符合抛物线规律,并且均为 完全抗氧化级,Mar-M247合金的氧化激活能约为268.4 kJ·mol -1 ,氧化过程主要是由Cr 2 O 3 的 形成来控制。借助场发射扫描电镜和能谱对氧化层组成进行分析,结果表明,合金在800 ℃ 下氧化100 h后,氧化膜最外层为Cr 2 O 3 ,中间层为TiO 2 以及少量Ta 2 O 5 与HfO 2 ,内层为钉楔状 的氧化物Al 2 O 3 ;而900 ℃下氧化100 h后,氧化膜最外层是NiO和CoO,中间层为相对致密的 Cr 2 O 3 和少量小块状不连续的TiO 2 、Ta 2 O 5 与HfO 2 ,内层为尺寸较大的钉楔状氧化物Al 2 O 3 。内 氧化区和贫化层区域随着氧化温度的升高而扩大。
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    抽拉速率对DD15单晶高温合金组织和力学性能的影响
    史振学 刘世忠 李嘉荣
    采用不同的抽拉速率制备了第四代单晶高温合金DD15,研究了抽拉速率对合金组织和 力学性能的影响。 研究结果表明,随着抽拉速率的增加,铸态合金的一次枝晶间距和二次枝 晶间距减小,共晶含量增加,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减小。不同抽拉速率合金热处理后 都未见残余共晶,随着抽拉速率增加,γ′相尺寸稍有减小,γ′相立方化程度增加。合金的拉 伸性能和持久性能随着抽拉速率的增加而升高。
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    等温淬火球墨铸铁精细结构分析
    韩 非 徐锦锋 闫启栋 王迎战
    借助SEM和TEM探索了不同等温淬火温度下等温淬火球墨铸铁(ADI)基体组织的精 细结构特征。结果表明,当等温淬火温度为280 ℃、330 ℃和380 ℃时,对应的ADI基体组织 分别由奥铁体、奥铁体+条状奥氏体、奥铁体+条状奥氏体+块状奥氏体组成。随着等温淬火 温度的升高,奥铁体组织发生粗化,块状高碳奥氏体数量增多,且在奥氏体化温度为920 ℃ 时,铁素体针随着奥氏体化保温时间的延长而增长。同时,在普通光镜下观察到的奥铁体组 织实则由位向大体平行或位向角约呈20°~25°的高碳奥氏体片和铁素体片交错组成,且在较 低温度下等温转变得到的ADI基体中存在有一簇簇由位向大体平行的纳米级高碳奥氏体薄片 和纳米级铁素体薄片相互交错组成的极细奥铁体组织,其数量随着等温转变温度的降低而增 多,在纳米级高碳奥氏体薄片/针状铁素体薄片晶界处未有碳化物的生成,并且在相邻两簇极 细奥铁体之间又夹含有位向角约呈20°~25°的奥铁体组织。此外,在ADI基体组织中的铁素 体薄片两侧的奥氏体中碳含量较高,且在沿垂直于铁素体针生长方向上,奥氏体中碳含量随 离开铁素体/奥氏体晶界距离的增大逐渐减小,而在块状奥氏体内部,碳含量则呈“U”型分 布。
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    铸钢•铸铁
    ADI适宜碳硅量优化设计与控制
    龚文邦 刘金城 袁志刚 孙 利 张民堂 李 冲
    适宜碳硅含量是获得优质等温淬火球墨铸铁(ADI)的前提条件。分析研究了碳硅含 量对ADI铸件凝固过程、奥氏体化过程、等温淬火过程及其组织的影响。结果表明,ADI铸 件适宜碳硅含量范围较球墨铸铁更窄,一般为:3.4%~3.8%C、2.3%~2.7%Si;适宜碳硅含 量、合理的孕育球化及等温淬火工艺是获得ADI理想微观组织及优异力学性能的关键。
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    包芯线种类及芯料镁含量对球墨铸铁组织及性能的影响
    齐朋展 徐锦锋 闫启栋 李建峰
    采用喂丝球化/孕育技术对原铁液进行球化和孕育处理,研究了包芯线种类和镁含量对 QT450-10球铁中镁的吸收率、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:在其他工艺因素 和镁含量确定的条件下,用合金料芯球化包芯线处理的铁液中镁的吸收率略高于混合料芯球 化包芯线,相对高出量在0.2%~8.2%。用两种球化包芯线处理的铁液球化率均在85%以上,石 墨大小6~7级,但混合料芯球化包芯线对应的铁液球化率偏低、球数偏多、球径偏小。随着镁 含量的增大,两种球化包芯线对应的镁的吸收率、球化率和球数均呈下降趋势,而平均球径 趋于增大。用混合料芯球化包芯线制备的球铁的强度和硬度均较高,而塑韧性指标明显低于 合金料芯球化包芯线。当芯料中镁含量为15%时,用两种球化包芯线均可获得微观组织和常 规力学性能合格的QT450-10球铁材质。
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    基于正交试验法研究开发的缸盖用灰铸铁材料
    李 涛 沙 羽 赵 勇 李金辉 郭 毅 于 珍
    运用正交试验设计方案,通过四因素三水平的试验数据,进行极差分析和合金元素对 性能的排序分析,开发出新型缸盖用灰铸铁材料。结果表明:在不同合金成分的CuCrMoSn灰 铸铁中,片状石墨形态各异(以A型石墨为主,局部出现少量的D、E型石墨),分布比较均 匀。CuCrMoSn合金元素可明显强化基体的组织,改善基体中珠光体的含量,增加基体组织 中小尺寸的片状石墨的数量,加大石墨的弯曲程度。综合考虑硬度、抗拉强度、伸长率,用 于新型缸盖的高强度灰铸铁的合金化元素的组合为:0.4%~0.8%Cu、0.2%~0.4% Cr、 0.4%~0.6% Mo、0~0.06% Sn。
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    有色合金
    原位Al2O3颗粒增强Al-20Si复合材料的制备及微观组织
    王光磊,曲迎东,李广龙,周启文,田 畅
    目前原位Al 2 O 3 颗粒对Al-Si合金组织性能的研究较多,但对过共晶Al-Si合金的研究较 少。本研究通过在半固态温度区间下添加SiO 2 粉末制备Al 2 O 3(p) /Al-20Si复合材料,探究搅拌速 率、SiO 2 粉末添加量对Al-20Si合金的影响。研究结果表明:当搅拌速率为800 r/min时,Al 2 O 3 颗粒在基体中的分散效果最好;添加SiO 2 粉末与Al基体发生反应生成的Al 2 O 3 颗粒主要分布于 初生Si边界处,可显著抑制初生Si的生长,但当SiO 2 添加量增加到7%时,生成的Al 2 O 3 颗粒出 现了团聚现象。加入质量分数为5%的SiO 2 粉末所制备的Al 2 O 3(p) /Al-20Si复合材料组织中Al 2 O 3 颗粒均匀分布,硬度较基体合金提高了14%。
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    Sr含量对Mg-7Sn-4Al-2Zn合金微观组织和力学性能的影响
    韩 宝,杜志强,张挨元,刘 江,王 瑞,刘跃辉
    采用OM、SEM、XRD、DTA和材料力学性能试验机研究了Sr含量对Mg-7Sn-4Al-2Zn-xSr (x=0,1,2,3,4,5)合金组织、相组成、熔化行为、常温和高温力学性能的影响。结果 表明:铸态Mg-7Sn-4Al-2Zn合金主要由α-Mg、Mg 2 Sn以及β-Mg 17 Al 12 相组成。加入适量的Sr 后,合金中形成了弥散分布的SnMgSr相并细化了组织。当Sr含量为3wt%时,合金表现出 的常温和高温力学性能,合金的室温抗拉强度和伸长率分别为197 MPa和5.6%;合金的高温 (200 ℃)抗拉强度和伸长率分别为173 MPa和8.6%。合金的常、高温力学性能的提高主要归 因于晶粒细化和第二相弥散强化。
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    杂质含量对ZM5合金铸件耐腐蚀性能的影响
    刘春霞,成亚丁,黄 进,虞 强
    研究了相同工艺条件下Cu、Fe、Ni杂质含量对ZM5合金铸件耐腐蚀性能的影响。在5% 的氯化钠溶液中测试了不同杂质含量的ZM5合金铸件的腐蚀速率,同时观察了铸件表面的腐 蚀形貌。结果表明:Cu、Fe和Ni三种杂质元素含量对ZM5合金铸件抗腐蚀性具有较大影响; 随着三种杂质元素含量的增加,铸件的腐蚀速率增加。将Cu元素含量控制在0.015%以下, Fe元素含量控制在0.005%以下,Ni元素含量控制在0.001%以下,可以保证ZM5合金铸件具有 较高的耐腐蚀性能,随着Cu、Fe、Ni等杂质含量的减少,铸件腐蚀速率降低,耐腐蚀性能提 高。 研究了相同工艺条件下Cu、Fe、Ni杂质含量对ZM5合金铸件耐腐蚀性能的影响。在5% 的氯化钠溶液中测试了不同杂质含量的ZM5合金铸件的腐蚀速率,同时观察了铸件表面的腐 蚀形貌。结果表明:Cu、Fe和Ni三种杂质元素含量对ZM5合金铸件抗腐蚀性具有较大影响; 随着三种杂质元素含量的增加,铸件的腐蚀速率增加。将Cu元素含量控制在0.015%以下, Fe元素含量控制在0.005%以下,Ni元素含量控制在0.001%以下,可以保证ZM5合金铸件具有 较高的耐腐蚀性能,随着Cu、Fe、Ni等杂质含量的减少,铸件腐蚀速率降低,耐腐蚀性能提 高。
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    造型材料
    铝合金精密铸造用硅灰石膏型材料制备与性能
    唐 骥 ,吴 瑾 ,刘志中 ,王 涛 ,李 笑 ,巩甘雷 ,杨志刚
    研究了铝合金精密铸造用硅灰石膏型材料的制备技术及其悬浮体的性能。硅灰石膏型 材料的悬浮体在100 s -1 剪切速率及300~400 mPa·s表观粘度范围内,可操作时间达到20 min以 上,满足浇注工艺的要求。材料经浇注成形后加工成要求的形状,测得的初凝抗折强度 为3.1 MPa,表面裂纹出现温度大于500 ℃,热膨胀在572 ℃时达到值。材料的物相由硅 灰石膏、镁橄榄石和滑石组成。试验表明材料满足铝合金精密铸造的性能要求。
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    添加锆英粉矿化剂的氧化铝基陶瓷型芯试验研究
    李 彪,娄延春,于 波,苏贵桥,金 磊,宋照伟,丁 伟,高 颖
    针对氧化铝基陶瓷型芯不易烧结、脱芯困难的问题,采用电熔刚玉粉为型芯基体材 料,添加锆英粉为矿化剂,研究了不同终烧温度下氧化铝基陶瓷型芯室温和高温性能。结合 型芯物相组成和断口形貌观测结果,分析了高温烧结过程中莫来石的形成机理,确定了型芯 的适宜终烧温度为1 420 ℃。采用制备的氧化铝基陶瓷型芯拉制出了定向叶片,并进行了脱芯 试验,型芯脱出性能良好。 针对氧化铝基陶瓷型芯不易烧结、脱芯困难的问题,采用电熔刚玉粉为型芯基体材 料,添加锆英粉为矿化剂,研究了不同终烧温度下氧化铝基陶瓷型芯室温和高温性能。结合 型芯物相组成和断口形貌观测结果,分析了高温烧结过程中莫来石的形成机理,确定了型芯 的适宜终烧温度为1 420 ℃。采用制备的氧化铝基陶瓷型芯拉制出了定向叶片,并进行了脱芯 试验,型芯脱出性能良好。
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    电熔莫来石含量对硅基陶瓷型芯性能的影响
    李寒松 ,玄伟东 ,潘文轩 ,任兴孚 ,任忠鸣
    以石英玻璃粉为基体,电熔莫来石为矿化剂,石蜡为增塑剂,通过热压注法制备硅基 陶瓷型芯,研究了电熔莫来石添加量对硅基陶瓷型芯综合性能的影响。研究结果表明:随着 电熔莫来石含量的增加,样品的室温抗弯强度、高温抗弯强度、高温挠度逐渐降低,收缩率 随电熔莫来石含量的增加先减小后增大,显气孔率随电熔莫来石含量的增加先增大后减小。 当电熔莫来石的添加量为10%时,型芯样品的综合性能,其收缩率为0.83%,显气孔率为 31.49%,体积密度为1.50 g/cm 3 ,室温抗弯强度为12.28 MPa,高温强度为18.17 MPa,高温挠 度为0.95 mm。 以石英玻璃粉为基体,电熔莫来石为矿化剂,石蜡为增塑剂,通过热压注法制备硅基 陶瓷型芯,研究了电熔莫来石添加量对硅基陶瓷型芯综合性能的影响。研究结果表明:随着 电熔莫来石含量的增加,样品的室温抗弯强度、高温抗弯强度、高温挠度逐渐降低,收缩率 随电熔莫来石含量的增加先减小后增大,显气孔率随电熔莫来石含量的增加先增大后减小。 当电熔莫来石的添加量为10%时,型芯样品的综合性能,其收缩率为0.83%,显气孔率为 31.49%,体积密度为1.50 g/cm 3 ,室温抗弯强度为12.28 MPa,高温强度为18.17 MPa,高温挠 度为0.95 mm。
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    工艺技术
    双金属铸焊复合辊套的制备工艺
    王 迪,荣守范,李丹丹,焦仁宝,李洪波,王俊发
    介绍了一种低合金钢套筒与高铬铸铁工作层复合的双金属铸焊工艺。该工艺是在铸造 好的套筒上堆焊一层熔点低于工作层的金属,通过电磁感应线圈的预热和浇注工作层金属液 时的加热,以堆焊层为中间材质的过渡方式,将套筒与工作层均匀地复合在一起。结合Fe- Cr-C 三元系液相线相图确定堆焊层成分,并采用正交试验的方法对堆焊工艺参数进行优化。 通过COMSOL Multiphysics软件模拟不同预热温度时套筒的应力分布云图和感应加热温度场 分布,对套筒的预热温度及预热时间进行选择。当工作层浇注温度1 440 ℃,套筒预热温度 900 ℃,感应加热时间60 s时,成功制备出熔合层均匀、无夹杂缺陷的铸焊复合辊套,验证了 该工艺方法的可行性。 介绍了一种低合金钢套筒与高铬铸铁工作层复合的双金属铸焊工艺。该工艺是在铸造 好的套筒上堆焊一层熔点低于工作层的金属,通过电磁感应线圈的预热和浇注工作层金属液 时的加热,以堆焊层为中间材质的过渡方式,将套筒与工作层均匀地复合在一起。结合Fe- Cr-C 三元系液相线相图确定堆焊层成分,并采用正交试验的方法对堆焊工艺参数进行优化。 通过COMSOL Multiphysics软件模拟不同预热温度时套筒的应力分布云图和感应加热温度场 分布,对套筒的预热温度及预热时间进行选择。当工作层浇注温度1 440 ℃,套筒预热温度 900 ℃,感应加热时间60 s时,成功制备出熔合层均匀、无夹杂缺陷的铸焊复合辊套,验证了 该工艺方法的可行性。
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    基于CAE分析的复杂壳体压铸模具设计
    贾志欣 ,王子平 ,李继强 ,刘立君 ,霍庆文
    分析了壳体压铸件的特点,应用铸造模拟软件ProCAST对流动充型、压铸模具热平衡 和温度场进行了分析,为该模具浇注系统、冷却系统设计合理性提供了验证。压铸实际生产 表明,该模具设计合理,压铸件质量高。
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    铸造铝合金车轮水冷模具的研究
    朱大智
    为了增强铸造铝合金车轮模具的冷却强度,通过调整模具冷却结构,将冷却介质由压 缩空气改为水,并借助模拟分析软件对铸造工艺进行改善研究。结果表明:水冷模具的冷却 强度明显优于风冷模具,可以加快车轮铸件的凝固速率;使用水冷模具铸造车轮铸件可以提 高生产效率,增幅达25%;生产的铝合金车轮微观组织更加致密,性能强度更加卓越。
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    双驱动重卡用铸钢桥壳的工艺设计与改进
    于大威 ,乔景忠 ,高海燕 ,高占勇 ,华连庚 ,李 爽 ,杨 清 ,王 旭 ,宫伟祥
    双驱动重卡用铸钢桥壳具有外形尺寸大、结构复杂、性能要求高的特点,导致其铸造 工艺设计难度大和试制成本高的问题。为了降低产品试制成本,利用三维造型软件(Pro/E) 和铸造仿真模拟软件(华铸CAE)对该产品进行了铸造工艺可行性分析。首次试制表明,数 字化模拟与工业生产具有高的吻合度,避免了工艺设计中过度依赖技术人员经验的问题。针 对工业生产过程中各种不确定因素带来的铸造缺陷问题进行了工艺优化,再次试制表明,首 次试制中暴露出来的缺陷问题得到了很好的解决。检测结果表明,铸件的性能完全达到了双 驱动重卡用铸钢桥壳的技术条件要求。
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    过滤网在砂型铸造过程中的应用研究
    任现伟
    作为金属液过滤技术,在砂型铸造过程中应用过滤网是一种比较成熟的工艺方法。过 滤网的使用能够达到预防夹杂物等缺陷,为铸件质量的提升起到了非常重要的作用。但是, 为了提高金属液净化效果,在应用过滤网的过程中还需要很多进一步研究的地方。因此,本 研究从夹杂物的成因、滤网的净化机制、过滤网的作用和使用方法,以及过滤网残渣的危害 等方面展开,以期能为铸造企业更合理应用过滤网技术提供借鉴。 作为金属液过滤技术,在砂型铸造过程中应用过滤网是一种比较成熟的工艺方法。过 滤网的使用能够达到预防夹杂物等缺陷,为铸件质量的提升起到了非常重要的作用。但是, 为了提高金属液净化效果,在应用过滤网的过程中还需要很多进一步研究的地方。因此,本 研究从夹杂物的成因、滤网的净化机制、过滤网的作用和使用方法,以及过滤网残渣的危害 等方面展开,以期能为铸造企业更合理应用过滤网技术提供借鉴。
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