《铸造》杂志

  202109期

专题综述有色合金试验研究工艺技术
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  • 专题综述
    钛合金铸造用型芯应用现状及展望
    李重阳1,刘鸿羽1,薛松海2,刘时兵1,史昆1,张志勇1,韩冬1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    有色合金
    固- 液界面能各向异性对定向凝固 Al-4.5wt.%Cu 合金枝晶形态的影响
    王 琴1,王玉敏2,刘仲礼2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    T6 热处理对铸造铝硅合金组织与硬度的影响
    陈隆波1,顾吉仁2,郭纪林1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    热等静压处理对ZL205A 合金组织的影响
    冯广召,李少楠,程运超,柳 森,周耀忠
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    试验研究
    Al 含量对CoFeNi2V0.5 高熵合金微观组织和 力学性能的影响
    齐兆鑫1,梁 卉1,赵延周1,高 利1,曹志强1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    浇注系统对离心铸造TiAl 合金叶片成形的影响
    胡海涛1,2,3,左家斌1,2,3,黄 东1,2,3,丁贤飞1,2,3,南 海1,2,3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    Ti 含量对重载车用含Nb 铸钢组织与 力学性能的影响
    范泽熙,丁 旺,杨弋涛
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    Fe-Cr-Al 合金氧化膜的形貌表征及性能
    华脂亭,韩丽平,吕晓霞
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    石英纤维对氧化硅陶瓷型芯性能的影响
    肖祖德1,玄伟东1,段方苗2,白小龙2,王保军1,任兴孚1,任忠鸣1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺技术
    K4002 合金异型复杂薄壁进气道铸件成形工艺
    谢秋峰1,2,尹三强1,2,吴亚夫1,2,吴剑涛1,2,李 维1,2,李俊涛1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    垂直DISA 线生产高铁用球墨铸铁底板类 产品铸造工艺设计及优化
    刘士魁,张宝良,卢向宇
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    压铸ADC12 铝合金手机中框热裂分析及解决措施
    闫 俊1,2,程汉明2,石 帅2,范卫忠1,2,高伟全1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    基于数值模拟的ZL205A 泵壳铸件金属型 加压凝固工艺研究
    樊建勋1,陈明伟2,3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    液压件铸件气孔缺陷的形成原因及防止措施
    程凤军,潘安霞
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    摇枕和侧架铸钢件夹砂及粘砂缺陷控制措施
    熊火顺,向尚林,陈 涛
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    SCT110T 侧架铸造工艺设计与试制
    张玉磊1,张 纬1,孟少峰2,张文魁1,康 锋2,张 纯3,任艳红2,史旭东1,李志勇1,张 龚1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    履带板铸造工艺设计及生产实践
    赵红乐1,张 纬1,惠亚兴2,张千龙2,刘宏斌2,孟少峰3,周志勇3,李瑞宁1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    船舶艉轴承的铸造工艺优化
    刘 沙1,滕宗龙2,严纯建2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
  • 专题综述
    钛合金铸造用型芯应用现状及展望
    李重阳1,刘鸿羽1,薛松海2,刘时兵1,史昆1,张志勇1,韩冬1
    在成形具有复杂内腔结构的钛合金铸件时,型芯的正确选取和使用至关重要。就目前钛合金铸造应用最为广泛的三种型芯(石墨芯、金属芯、陶瓷芯)进行了系统阐述,并对未来型芯的发展进行了展望,以期为我国高端钛合金部件制造水平的提升提供有益借鉴。
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    有色合金
    固- 液界面能各向异性对定向凝固 Al-4.5wt.%Cu 合金枝晶形态的影响
    王 琴1,王玉敏2,刘仲礼2
    采用高温度梯度定向凝固技术结合现代材料分析方法研究了固-液界面能各向异性对铝合金枝晶生长的影响。结果表明,当沿(100)晶面上不同晶向,在Al-4.5wt.%Cu合金中制备出轴向枝晶和退化枝晶;沿(111)晶面上不同晶向,制备出轴向海藻晶、倾斜海藻晶和退化海藻晶组织。通过构建界面能各向异性极图发现,不同枝晶的生长取向与晶面上各向异性强度方向一致。不仅拓展了金属合金凝固组织的研究范畴,而且对轻质金属材料铝合金的组织预测和控制有很好的指导作用。
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    T6 热处理对铸造铝硅合金组织与硬度的影响
    陈隆波1,顾吉仁2,郭纪林1
    通过金相组织分析和硬度测试,研究了铸造Al-9Si-2Cu-Mg合金在不同热处理工艺下的组织与硬度变化规律,并对铸造Al-9Si-2Cu-Mg合金的T6热处理工艺进行了优化。结果表明,铸造Al-9Si-2Cu-Mg合金经495 ℃固溶处理6 h后,合金的DSC曲线上几乎没有第二相的吸热峰,而合金微观组织中θ-Al2Cu相发生了破碎,并几乎完全溶解;经过515 ℃与530 ℃下超过2 h的第二阶段固溶处理后,合金微观组织及其硬度均无明显变化;经过190 ℃保温4 h的人工时效处理后,合金的硬度趋于稳定,并且随着人工时效温度的升高,合金的硬度下降。最终优化后的T6热处理工艺为:第一阶段495 ℃固溶处理6 h;第二阶段515 ℃固溶处理2 h;第三阶段190 ℃人工时效4 h。
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    热等静压处理对ZL205A 合金组织的影响
    冯广召,李少楠,程运超,柳 森,周耀忠
    对经过与未经过热等静压处理的ZL205A合金的组织和性能进行了对比研究。结果表明,ZL205A合金力学性能与显微组织之间存在一定关系。经热等静压处理后,合金中Al2Cu强化相在晶界的偏聚量减少,T相在组织中的弥散程度加强,合金显微组织中出现了一次枝晶的熔断与消失,提高了合金的力学性能。其原因一方面是显微孔洞等缺陷在高温蠕变作用下形成闭合,另一方面是在高温、高压作用下,合金组织中的空位扩散与位错扩散作用增强,显微孔洞闭合界面发生熔合,枝晶组织减少,强化相弥散程度增加,从而使合金的力学性能提高,且力学性能值的分散程度降低。
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    试验研究
    Al 含量对CoFeNi2V0.5 高熵合金微观组织和 力学性能的影响
    齐兆鑫1,梁 卉1,赵延周1,高 利1,曹志强1,2
    采用真空电弧熔炼炉制备了不同Al含量的AlxCoFeNi2V0.5(x=0~1.0)高熵合金铸锭,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、电子万能试验机以及振动样品强磁计(VSM)研究了不同Al含量对AlCoFeNi2V0.5合金微观组织、力学性能及磁性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,铸态AlxCoFeNi2V0.5高熵合金晶体结构发生了由FCC相到FCC+BCC双相的转变,同时合金的压缩强度和硬度也出现了不同程度的提高。当x=0.6时,合金的断后伸长率为20.9%,抗拉强度为1 072.1 MPa,表现出了优异的强度和塑性相结合。这是由于Al元素的加入使合金产生了严重的晶格畸变,从而起到固溶强化和细晶强化的作用,同时BCC相的析出起到第二相强化的作用。AlxCoFeNi2V0.5高熵合金均表现出了典型的软磁材料的特征,当x从0增加到1,合金的饱和磁化强度逐渐降低,矫顽力升高。
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    浇注系统对离心铸造TiAl 合金叶片成形的影响
    胡海涛1,2,3,左家斌1,2,3,黄 东1,2,3,丁贤飞1,2,3,南 海1,2,3
    采用数值模拟方法研究了浇注系统对离心铸造TiAl合金叶片成形的影响,并根据熔体充型特征和充型温度对不同离心半径、叶片长度方向与水平方向夹角、叶片弦宽方向与离心力方向夹角的TiAl合金叶片的成形进行了分析。结果表明,在叶片弦宽方向与离心力方向夹角为90°的条件下,首股熔体充填叶片进气边,后续熔体充填排气边并与首股熔体汇合后完成叶片充型。离心半径由100 mm增加至200 mm,熔体紊流倾向增大,熔体充填至近叶冠排气边处的温度由1 533 ℃提高至1 545 ℃。叶片长度方向与水平方向夹角由30°增至60°,熔体紊流倾向减小,熔体充填至近叶冠排气边处的温度由1 543 ℃降低至1 537 ℃。叶片弦宽方向与离心力方向夹角由30°增大至90°,首股熔体由充填叶片排气边转变为充填进气边,由不发生汇流转变为发生汇流,随后完成叶片充型,熔体紊流倾向增大,熔体充填至近叶冠排气边处的温度由1 533 ℃提高至1 542 ℃。采用离心半径为150 mm,叶片长度方向与水平夹角为45°,叶片弦宽方向与离心力方向夹角为30°的浇注系统进行了TiAl合金叶片离心浇注试验,叶片完整成形,无欠注、冷隔等成形缺陷,从而验证了数值模拟研究得到的工艺方案的可行性。
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    Ti 含量对重载车用含Nb 铸钢组织与 力学性能的影响
    范泽熙,丁 旺,杨弋涛
    研究了不同Ti含量的重载车用含Nb试验铸钢的显微组织、力学性能的变化规律。结果表明:少量添加Ti元素后会显著改善Nb元素在晶界的偏聚现象,生成复合析出物在基体中弥散分布,起到析出强化作用;随Ti含量进一步增加,析出物在晶界以链状析出且TiN颗粒呈块状集结,从而使钢的力学性能下降。Ti添加量在0.1%时,试验铸钢试样具有良好的显微组织和力学性能。
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    Fe-Cr-Al 合金氧化膜的形貌表征及性能
    华脂亭,韩丽平,吕晓霞
    利用高温氧化处理Fe-24Cr-4Al合金表面,制备了Fe-24Cr-4Al合金表面氧化膜。并采用X射线衍射仪、光学金相显微镜、扫描电镜及能谱检测等多种组织与形貌表征手段,对Fe-24Cr-4Al合金表面氧化层进行了显微组织的表征以及显微硬度的测定。结果表明:Fe-24Cr-4Al合金氧化温度为1 250 ℃,此温度下可得到平整性和致密度较好的氧化膜,且氧化膜具有较高的硬度。
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    石英纤维对氧化硅陶瓷型芯性能的影响
    肖祖德1,玄伟东1,段方苗2,白小龙2,王保军1,任兴孚1,任忠鸣1
    以石英玻璃粉为原料,添加0~2wt%的短切石英纤维,通过热压注法制备了无任何矿化剂的氧化硅陶瓷型芯,探究了不同石英纤维含量下陶瓷型芯中方石英析晶和综合性能的变化规律。结果表明:随着石英纤维含量的增加,样品中方石英析出量和气孔率逐渐增加,收缩率和高温挠度随石英纤维含量的增加逐渐减小,室温和高温抗弯强度以及断裂稳定性随石英纤维含量的增加先增加后减小,体积密度随石英纤维含量的增加基本保持不变;在陶瓷型芯中添加0.5wt%石英纤维时,其综合性能得到大幅度的改善,收缩率为1.0%,气孔率为9.0%,室温和高温抗弯强度分别为17.3 MPa和32.5 MPa,高温挠度为0.92 mm。综合所述,石英纤维在显著降低氧化硅陶瓷型芯收缩的同时,还明显改善了其室温和高温抗弯强度、抗蠕变性能以及断裂稳定性。
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    工艺技术
    K4002 合金异型复杂薄壁进气道铸件成形工艺
    谢秋峰1,2,尹三强1,2,吴亚夫1,2,吴剑涛1,2,李 维1,2,李俊涛1,2
    某异型复杂薄壁进气道铸件的模具设计和铸造难度大。采用分块组合式金属型芯结构,设计整体蜡模精铸模具,解决了模具成形问题,并降低了模具成本;采用蜡模校正工装,对蜡模型面进行定形校正,获得了满足尺寸要求且表面质量良好的整体蜡模。设计了联合注入框架式的浇注系统,确定合理的浇注工艺参数,成功生产出了满足设计和使用要求的完整进气道铸件。
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    垂直DISA 线生产高铁用球墨铸铁底板类 产品铸造工艺设计及优化
    刘士魁,张宝良,卢向宇
    为了提高垂直分型DISA线的生产效率和产品质量,以高铁用球墨铸铁底板类产品为例,阐述了垂直分型DISA线高铁用底板产品的模具工艺布局及浇注系统设计方法。结果表明,按照新的工艺设计,DISA线生产效率提高,并且通过壳芯内嵌式冷铁技术,解决了铸件关键热节部位内部的缩松、缩孔问题,成功实现了长度405 mm和宽度185 mm高铁用底板在DISA A板上每模2腔批量生产。
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    压铸ADC12 铝合金手机中框热裂分析及解决措施
    闫 俊1,2,程汉明2,石 帅2,范卫忠1,2,高伟全1,2
    采用直读光谱仪、扫描电镜及金相检验等方法对压铸ADC12铝合金手机中框热裂的原因进行了分析。结果表明,热裂发生于晶界处,其两侧分布有大量气孔及碳氧夹杂物,且存在较多的块状β(Al9Fe2Si2)脆性相,阻碍了合金的补缩通道,增加了合金的脆性,恶化了材料的力学性能。同时由于在冷却过程中受到热力学因素影响导致内部组织分布不均,产生较大热应力,使手机中框在压铸过程中产生热裂纹。
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    基于数值模拟的ZL205A 泵壳铸件金属型 加压凝固工艺研究
    樊建勋1,陈明伟2,3
    ZL205A泵壳铸件油腔管路多、壁厚截面结构复杂,采用传统铸造工艺生产周期长、批产合格率低。本文结合ProCAST仿真软件与材料组织性能测试设备对其3D打印砂芯和金属型加压凝固铸造工艺进行了分析研究。ZL205A泵壳铸件在传统重力充型条件下,2.5 s内完成了整个充型过程,流动平稳未见明显的卷气、紊流,冒口区域凝固至19.48 s时呈糊状,补缩效果受限,凝固结束时在铸件内部可见明显的缩孔、疏松缺陷。选用3D打印砂芯与金属型浇注模具,模具预热温度与熔体浇注温度分别调整为220~250 ℃和725~730 ℃,充型加载压力和保压时间分别选择为0.4~0.8 MPa和2~3.5 min,明显减少了ZL205A泵壳铸件内部的疏松及缩孔缺陷;经T5热处理后铸件本体剖切试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别达到了480 MPa、419 MPa与8%,主强化相Al2Cu呈圆盘状形貌,平均直径约为120 nm,平均厚度约为20 nm,在初生α-Al基体内部弥散析出,Ag元素添加后在初生α-Al基体内部均匀分布,Zr、Sc元素沿Al2Cu强化相分散分布。
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    液压件铸件气孔缺陷的形成原因及防止措施
    程凤军,潘安霞
    液压件铸件内腔形状复杂、尺寸精度要求高,砂芯常用覆膜砂制作。气孔是该类铸件常见缺陷之一,具体表现为表面气孔、重皮、呛火等形式,主要是由于砂芯发气量大所致。以液压件后盖为例,对铸件的气孔缺陷形成原因进行了分析,然后以 “排、减、溢”为原则,提出了防止铸件气孔缺陷的具体措施,包括加强芯头排气、砂芯减重、制芯后二次烘烤、提高浇注温度、设置溢流冒口等。
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    摇枕和侧架铸钢件夹砂及粘砂缺陷控制措施
    熊火顺,向尚林,陈 涛
    摇枕和侧架是轨道货车走行部件的重要组成部分,其成形质量的优劣与铸造工艺密切相关。粘土湿型砂铸造是摇枕和侧架常见成形方法之一,但在工艺实施过程中易产生夹砂、粘砂等铸造缺陷,降低了摇枕和侧架铸件质量。通过对夹砂和粘砂的缺陷形成原因进行分析,采取了改进湿型砂配比、提高砂型紧实度和增加回用砂粒度等型砂性能指标检测控制等措施。生产实践表明,所采取的改进措施是有效的,所生产摇枕和侧架铸件的夹砂和粘砂铸造缺陷产生比例降低,产品质量提高。
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    SCT110T 侧架铸造工艺设计与试制
    张玉磊1,张 纬1,孟少峰2,张文魁1,康 锋2,张 纯3,任艳红2,史旭东1,李志勇1,张 龚1
    根据侧架零件的结构特点和技术要求,进行了铸造工艺设计。采用底注开放式浇注系统,在铸件热节处设置冒口进行补缩,并利用数值模拟软件对铸造工艺进行了模拟优化。采用优化的铸造工艺试制侧架铸件,成功获得合格的铸件产品。
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    履带板铸造工艺设计及生产实践
    赵红乐1,张 纬1,惠亚兴2,张千龙2,刘宏斌2,孟少峰3,周志勇3,李瑞宁1
    对履带板铸件进行了铸造工艺设计,并借助数值模拟软件对铸件的充型和凝固过程进行分析。模拟结果表明:铸件充型平稳,未发生明显的喷溅;铸件放置冷铁的部位首先凝固,整体上实现了自下而上的顺序凝固,冒口部分最后凝固,铸件凝固过程没有形成孤立液相区;铸件缩孔、缩松集中于浇道和冒口内,铸件部分未见缺陷。根据模拟结果进行了产品试制,试制铸件在销孔内产生较严重粘砂缺陷,解剖后经磁粉探伤发现内腔转角处普遍存在裂纹,铸件其他方面符合要求。根据存在的问题,进行了相应的工艺优化,优化后生产验证表明,铸件满足了产品的技术要求。
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    船舶艉轴承的铸造工艺优化
    刘 沙1,滕宗龙2,严纯建2
    船舶用艉轴承,材质为HT300,要求不允许有任何铸造缺陷,但在生产过程中,艉轴承因缩陷、粘砂造成的废品率高达50%,无法保证产品质量。通过对缺陷进行分析,对工艺进行改进,控制铁液的充型温度场,使温度场均匀,最终解决了铸件的粘砂缺陷,废品率降低至5%。
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