《铸造》杂志

  202201期

专家视野有色合金试验研究工艺技术
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  • 专家视野
    增材制造技术在铸造中的应用
    樊自田
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    有色合金
    成形工艺及热处理对Mg-5Zn-2.5Cu合金热物理性能的影响
    陈 露,李建鹏,吴树森,吕书林,郭 威
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    TCBp 及AlNp 对Al-9Si-3Cu 合金导热及力学性能的影响
    张冬青1,赵 凯1,李道秀1,刘桂亮2,刘相法1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    基于渣- 气耦合运动模型的铝合金铸件渣气孔形成研究
    饶 磊,柏 雪,董云鹏,游 凯
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    冷却速率与T6 热处理对铸造铝合金组织和性能的影响
    王 玮1,张艳涛2,孙巧妍1,姚彤辉1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    试验研究
    热等静压对In718C 高温合金组织和性能的影响
    韩凤奎1,2,3,薛 鑫2,3,刘蓓蕾2,3,吴保平2,3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    激光修复TC18 钛合金组织及性能特征
    郑 超,胡生双,张 颖,张颖云,吴海峰,舒文芳,张兵宪
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸造用自硬磷酸镁粘结剂砂性能的研究
    赵雨姗1,任雯晓1,熊 鹰2,王丽峰2,代小兵1,汪宏涛3,钱觉时1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    大型精铸结构件表面荧光显示分析
    王宇飞,李 波,杨 刚,杨 威,白 皓,石玉娥
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    Mn 含量对Fe-xMn-9Al-8Ni-1C合金微观组织及氧化行为的影响
    雷娜青1,白亚平1,成 超1,2,李建平1,杨 忠1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺技术
    超高纯生铁在高质量铸件生产中的应用
    白佳鑫1,2,刘武成1,2,白鹏十翰1,2
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    异形薄壁钛合金铸件熔模铸造成形数值 模拟及验证
    殷建锋1,2,3,李 峰1,2,3,南 海1,2,3
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    ZM5航空用大型复杂镁合金壳体铸造工艺模拟
    蔡 森,王晓巍,卢影峰
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    影响灰铸铁气缸盖表面硬度的因素分析
    沙 羽,李 涛
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    铸钢件斜向冒口补缩系统设计与应用
    胡新华,李 涛
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    针对铸铁管件毛刺的机器人打磨技术研究
    李国栋1,2,梁宇飞1,2,陈振亚1,2,文志浩1,2
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    基于ProCAST 的排气机匣熔模铸造数值 模拟与优化
    陈方桃
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    大型机床底座铸造工艺设计与优化
    唐方艳,梅 益,薛茂远,李国其,甘盛霖
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
  • 专家视野
    增材制造技术在铸造中的应用
    樊自田
    增材制造技术在铸造中的应用是增材制造技术应用的主要领域之一。它可在无模具条件下直接制备铸造型(芯)、快速浇注复杂铸件。将增材制造与传统铸造技术相结合,打破了传统铸造工艺束缚,提高了铸造柔性,改善了铸造环境;可实现零件“自由铸造”,极大减少加工工序,缩短制造周期。本文概述了增材制造技术的基本原理及其国内外发展概况,重点介绍了几种主要的适用于铸造领域的增材制造技术发展现状,包括喷射粘结成形、激光选区烧结成形、光固化成形、分层挤出成形等,最后展望了未来增材制造技术在铸造领域中的发展方向。
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    有色合金
    成形工艺及热处理对Mg-5Zn-2.5Cu合金热物理性能的影响
    陈 露,李建鹏,吴树森,吕书林,郭 威
    通过重力铸造和挤压铸造制备了Mg-5Zn-2.5Cu-0.4Zr合金,研究了不同成形工艺和热处理工艺对Mg-5Zn-2.5Cu-0.4Zr热物理性能的影响。结果表明,挤压铸造相比于重力铸造对于合金的热导率有小幅提升,从128.22 W/(m·K)提升至130.35 W/(m·K);但热膨胀系数从22.03×10-6 K-1升高至23.39×10-6 K-1。通过挤压铸造和T1处理共同作用,能够实现热导率和热膨胀性能的同步优化,热导率提高至134.16 W/(m·K),热膨胀系数下降至21.08×10-6 K-1。
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    TCBp 及AlNp 对Al-9Si-3Cu 合金导热及力学性能的影响
    张冬青1,赵 凯1,李道秀1,刘桂亮2,刘相法1
    采用B掺杂型TiC粒子(TCBp)及纳米AlN粒子(AlNp)对Al-9Si-3Cu合金进行晶粒细化及强化处理,通过光学显微镜、场发射扫描电镜、万能试验机、激光导热测试仪等对Al-9Si-3Cu合金的微观组织、力学及导热性能进行测试和分析。结果表明:以晶种合金形式添加TCBp及纳米AlNp后,Al-9Si-3Cu合金的α-Al晶粒明显细化,AlNp分布于合金共晶区;铸态合金的抗拉强度和伸长率由209 MPa和4.5%提高至228 MPa和7.3%,分别提高了9.1%和62.2%。经180 ℃时效6 h后,抗拉强度及伸长率进一步提升至239 MPa和9.6%;添加晶种合金并经时效处理后,Al-9Si-3Cu合金的热导率由197.2 W/(m·K)提升至198.2 W/(m·K)。基于TCBp及纳米AlNp的协同作用制备了一种高导热高强韧Al-9Si-3Cu合金。
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    基于渣- 气耦合运动模型的铝合金铸件渣气孔形成研究
    饶 磊,柏 雪,董云鹏,游 凯
    针对铝合金铸件中常见的渣气孔缺陷,综合考虑铸造过程中渣粒的聚合运动与氢气的析出吸附之间的动态耦合特征,构建了渣气耦合运动数学模型。研究了铝合金充型及凝固过程中氢气析出、吸附长大、碰撞聚合及随流运动过程,并对圆柱形试样中渣气孔的分布及形貌进行了试验与模拟研究。结果表明,渣气耦合现象促进了渣粒与氢气的上浮,降低了铸件内部渣、气缺陷出现几率。所建立的渣气耦合运动模型提升了对渣气孔缺陷预测的准确性。
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    冷却速率与T6 热处理对铸造铝合金组织和性能的影响
    王 玮1,张艳涛2,孙巧妍1,姚彤辉1
    研究了不同冷却速度下铸态与热处理后的铝合金微观组织和力学性能。结果表明:经过热处理后的铝合金组织中针状共晶硅转变为圆滑棒状,而冷却速度小的铝合金组织中硅颗粒尺寸变小;冷却速率对铝合金常温力学性能和耐腐蚀性影响不明显,而T6热处理可显著提高铝合金的常温、高温力学与耐腐蚀性能;常温拉伸试样的断口由基体中的微孔洞、撕裂棱和二次裂纹组成,随着测试温度从25 ℃提高到300 ℃,断裂特征由混合断裂转变为韧性断裂,带有韧窝和撕裂棱的微孔洞增加,二次裂纹减少。
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    试验研究
    热等静压对In718C 高温合金组织和性能的影响
    韩凤奎1,2,3,薛 鑫2,3,刘蓓蕾2,3,吴保平2,3
    以In718C铸造高温合金为研究对象,观察分析了热等静压前后合金高低倍组织的变化,研究了热等静压对In718C合金组织结构和性能的影响。结果表明,In718C合金经热等静压后,铸造疏松缺陷得以基本消除,合金均匀化程度提高,Laves相、δ相得以消除,主要强化相γ″的尺寸、数量发生改变。热等静压后需对热处理进行适当调整,使γ″相尺寸形貌回复到状态。
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    激光修复TC18 钛合金组织及性能特征
    郑 超,胡生双,张 颖,张颖云,吴海峰,舒文芳,张兵宪
    利用拉伸试验机、扫描电子显微镜和金相显微镜等手段研究了退火工艺(650 ℃/2 h/AC)对TC18钛合金的激光增材修复TC18钛合金锻件的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性的影响,并且分析了拉伸试样和冲击试样的断口形貌。结果表明:退火处理后,增材修复件的强度从锻件基体到增材修复区逐渐增强,伸长率和断面收缩率从基体到修复区逐渐降低。激光增材修复件经退火热处理后,基体、过渡区和修复区力学性能均能达到TC18锻件国军标规定值。
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    铸造用自硬磷酸镁粘结剂砂性能的研究
    赵雨姗1,任雯晓1,熊 鹰2,王丽峰2,代小兵1,汪宏涛3,钱觉时1
    磷酸盐粘结剂是铸造型砂粘结剂的发展方向之一,但传统磷酸盐粘结剂存在抗湿性差等不足。以氧化镁和改性磷酸盐为主要组分制备磷酸镁粘结剂,通过改变氧化镁与磷酸盐(M/P)的比例,研究磷酸镁粘结剂铸造型砂的性能。结果表明:磷酸镁粘结剂砂具有自硬性;磷酸镁粘结剂用量占原砂质量10%时,1 h抗拉强度可达到0.3 MPa,24 h抗拉强度超过1.0 MPa,发气量均低于10 mL/g;磷酸镁粘结剂制备的型砂抗湿性优异;温度超过700 ℃以上时溃散性优异,筛余率为0。可以认为磷酸镁粘结剂是一种性能优良的无机型砂粘结剂。
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    大型精铸结构件表面荧光显示分析
    王宇飞,李 波,杨 刚,杨 威,白 皓,石玉娥
    采用精密铸造方式生产的大型结构件,在荧光检查过程中时常出现表面点状显示缺陷。对缺陷部位进行光学显微镜和扫描电镜分析,对型壳及铸件表面采用便携式X射线荧光光谱进行面层成分分析。结果显示,铸件表面的荧光缺陷部位为孔洞类缺陷,夹杂物为不同于基体颜色的黑色不规则块状物。能谱分析表明,缺陷部位Al、Si、O含量均较高,X射线荧光光谱分析表明,浇注后铸件表面的铝含量明显升高,说明合金中的铝元素参与了型壳的化学反应。经分析确定该缺陷为型壳反应带来的氧化物夹杂,开展了降低浇注温度的工艺试验,实现了型壳反应的降低,达到了降低铸件表面荧光显示的目的。
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    Mn 含量对Fe-xMn-9Al-8Ni-1C合金微观组织及氧化行为的影响
    雷娜青1,白亚平1,成 超1,2,李建平1,杨 忠1
    采用真空电弧熔炼的方法制备Fe-xMn-9Al-8Ni-1C合金(x=10,15,20,25,wt%),研究了该系列合金的物相、微观组织、力学性能及合金在600 ℃时的氧化行为。结果表明:该系列合金主要含有奥氏体相、NiAl化合物相和κ-碳化物相,随Mn含量的增加,奥氏体相逐渐增多,NiAl相逐渐减少;与此同时,合金的塑性提高,硬度值有所降低;当Mn含量为10%时,硬度值为HRC 40.7。氧化行为测试结果表明,随着Mn含量的增加,合金的抗氧化性增强,合金表面形成的氧化膜分为两层,外氧化层由Fe2O3和少量Mn2O3组成,内氧化层主要为Al2O3与Mn2O3。相较于Mn含量为10%时的合金,Mn含量为25%时,合金氧化性能大幅改善,其氧化增重减少了127.8%,氧化膜厚度降低了102.7%。
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    工艺技术
    超高纯生铁在高质量铸件生产中的应用
    白佳鑫1,2,刘武成1,2,白鹏十翰1,2
    论述了超高纯生铁在高质量铸铁生产中的应用,包括高质量的球墨铸铁、蠕墨铸铁和等温淬火球墨铸铁(ADI)铸件生产。高质量球墨铸铁要求影响组织的Cr、V、Mo、As等化学成分非常低,以减少珠光体和不良碳化物的形成。采用超高纯生铁生产的高质量球墨铸铁在普通显微镜下观察不到明显的晶界片状石墨和珠光体组织,从而保证材料在低温下具有良好的力学性能。采用超高纯生铁生产的高质量蠕墨铸铁,可以大大改善蠕墨铸铁的疲劳强度和机加工性能。采用超高纯生铁生产的高质量ADI产品,可以保证材料具备较高疲劳强度。
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    异形薄壁钛合金铸件熔模铸造成形数值 模拟及验证
    殷建锋1,2,3,李 峰1,2,3,南 海1,2,3
    以异形薄壁钛合金进气管铸件为研究对象,采用ProCAST数值模拟仿真软件,结合从蜡模到铸件全流程的数字化光学尺寸测量技术,首先对铸件进行无浇注系统的凝固模拟,确定铸件热节位置;依据铸件热节结构分布,引入浇注系统进行工艺设计和浇注成形模拟迭代优化,解决铸件热节位置缩孔问题;根据模拟结果优化工艺进行试验投产,将试验结果与模拟仿真结果进行对比分析。结果表明:进气管铸件采用离心铸造方案,上端安装槽等位置5处辅浇和下端安装槽位置2处辅浇尺寸为Φ20 mm时,模拟结果显示金属液流动过程平稳迅速、充型能力强,同一模组上的两件铸件缩孔分布基本一致,上、下端面各有一处缩孔在辅浇与铸件本体交接位置,其余位置缩孔均被优化提出,模拟结果表明该工艺设计方案可行,试验投产结果与数值模拟结果吻合度较好,有效解决了铸件热节缩孔问题,铸件成形质量、冶金质量和尺寸控制达到预期效果,计算机模拟可以有效指导实际铸件研制生产。
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    ZM5航空用大型复杂镁合金壳体铸造工艺模拟
    蔡 森,王晓巍,卢影峰
    通过模拟砂型铸造及差压铸造制备大型复杂ZM5镁合壳体铸件,利用MAGMA软件对铸件进行了温度场、流动场等模拟。通过对比普通砂型铸造及差压铸造可知,差压铸造的温度场及金属流动都比较均匀,通过模拟铸件凝固过程可发现,4个竖直浇道的内浇口附近随着凝固的进行发生收缩,也是较容易产生缺陷的地方,所以在设计侧面4个浇道时,尺寸可以适当放大。
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    影响灰铸铁气缸盖表面硬度的因素分析
    沙 羽,李 涛
    分析了灰铸铁表层铁素体层的形成原因,综述了影响灰铸铁缸盖表面硬度的影响因素,包括生铁加入量、时效处理温度、孕育剂加入量、熔炼过热温度。通过试验验证表明,型砂含水量的增加促进气缸盖表面形成一层铁素体层,降低硬度值;生铁加入量越高,气缸盖表面硬度降低越明显。
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    铸钢件斜向冒口补缩系统设计与应用
    胡新华,李 涛
    采用保温材料制作成形一种斜向冒口座,可增加冒口座内几何空间体积的模数,与发热冒口套配合使用,组成斜向冒口补缩系统,减少金属液的用量;同时,冒口和冒口座轴线与竖直方向成一定的夹角,可增加冒口与铸件侧面的距离,减小冒口对铸件热影响区的负作用,避免铸件相关部位出现缩凹或缩松等缺陷。通过标准试块试验和实际生产,验证了斜向冒口补缩系统的合理性和实用性。
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    针对铸铁管件毛刺的机器人打磨技术研究
    李国栋1,2,梁宇飞1,2,陈振亚1,2,文志浩1,2
    以铸铁排水管件毛刺的清理为研究对象,针对其生产过程中人工打磨向智能化加工的技术改革需求,利用ABB RobotStudio软件设计、构建了一机多工位的机器人打磨工作站。基于UG软件完成打磨工作站三维模型的建立,并导入RobotStudio软件中;使用机器人模型库中IRB4600-60完成工业生产过程,构建气动夹具和设计夹指机械结构,以满足相应的动作需求,并设计对应的姿态动作;为夹指机械结构、砂轮打磨机和砂带打磨机创建Smart组件和I/O信号连接实现动态效果,并设定机器人和各机械结构Smart组件的工作站逻辑;设计好虚拟仿真工作站后,对工作站进行了离线编程和仿真,最后进行现场工作站的打磨,验证了机器人打磨效果优于人工打磨。
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    基于ProCAST 的排气机匣熔模铸造数值 模拟与优化
    陈方桃
    针对排气机匣在熔模铸造过程中的缩孔缩松缺陷与铸件上下法兰处尺寸变形的问题,采用ProCAST软件对现有排气机匣熔模铸造工艺进行数值模拟分析,获得铸件缺陷分布,并优化了其铸造工艺。结果表明,采用双环底注式浇注系统浇注后,铸件内部没有缺陷产生,且铸件的上下法兰变形程度得到改善。
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    大型机床底座铸造工艺设计与优化
    唐方艳,梅 益,薛茂远,李国其,甘盛霖
    分析某大型机床底座铸件的结构特点,发现该铸件尺寸较大、铸件内部结构复杂、腔体较多。对铸件内部结构及流道系统进行分块砂芯成形,同时为了限制砂芯的自由度,设置了芯头与定位装置,有效避免了铸型错位。利用ProCAST软件模拟分析底注式浇注系统与顶注式浇注系统的缺陷形成,最终选择底注式浇注系统的砂型铸造工艺。针对底注式浇注系统的缺陷,在相应位置设计了冷铁与冒口,通过冷铁与冒口的补缩作用,很大程度上减少了该铸件的缺陷,这为后期生产出高精度及高质量的铸件提供一定参考。
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