论文部分内容阅读
摘要：铸造有色合金发展近年来深受科研工作者及生产技术人员关注，基于此，文章从铸造有色合金的发展、特种铸造技术及应用等方面展开详细探究，希望能不断提升铸造有色合金技术整体水平，扩大有色合金在这一领域的应用。
关键词：有色合金;特种铸造技术;现状
铸造有色合金及其特种铸造技术在基本制造产业中占有重要地位，是关键技术之一，在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用，由其所带动的产业在国民经济中起着重要的支撑作用。目前公认的铸造有色合金包括铝、镁、钛、锌和铜等材料，约占各类铸件总量的20%左右，由于减重降耗的要求，其应用具有明显的增长趋势，例如在汽车产业中，需要将铝合金铸件从现有的占铸件总重量的10%增长到30%左右，而在航空工业中，铝铸件更是占到铸件总量的80%以上。
1 我国铸造有色合金发展现状
1.1铸造铝合金
铸造铝合金是我国发展较早的有色金属材料之一，其密度小，比强度高和耐腐蚀，因此广泛地应用于航空、航天、汽车、机床制造等制造业。目前，随着行业的发展，对铸造铝合金的需求越来越大，尤其是汽车工业的发展，轿车生产总量激增，对铝合金的需求量越来越大。在各类铸造铝合金中，按照其性能特点可分为：高强韧铝合金、 耐热铝合金、耐蚀铝合金和超轻铝合金等等，其中高强韧铸造铝合金能够保证合金在高强度的条件下，还具有高的断裂韧性、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，因此可以部分的取代锻件，制备成形状复杂的铸件。
1.2铸造钛合金
钛合金密度小、强度高、抗腐蚀性能强、高温和低温力学性能良好，是一种优良的结构材料，应用广泛。然而，钛合金的性价比比较低，零件不易机械加工，成本高。通过铸造方法，特别是精密铸造可以直接制造形状复杂的零件，免去大量的机械加工工序，使材料的利用率提高到 90%。铸造钛合金通常按照相组成分为α、α+β和β合金，按习惯也分为铸造高强、耐热和耐蚀钛合金。其中铸造Ti-6AI-4V 和Ti-5AI-2.5Sn 是应用较为广泛的铸造钛合金，其特点是具有中等的强度和耐热、耐蚀性，以及良好的塑性，特别适合航空航天发动机和结构铸件使用。
1.3铸造铜合金
铸造铜合金是研究最早和曾经使用较为广泛的传统有色合金材料，其特点是具有很高的导电、导热性能及良好的塑性，而且铜合金比钢铁具有高的耐蚀性能，同时也具有令人满意的力学性能，因而成为现代工业中不可缺少的金属材料之一。 铜合金在铸造机车用轴瓦和船用螺旋桨等方面曾起到重要作用。然而由于铜的密度大，耐磨性能差等原因，现在已经逐步被其他材料所取代。但是许多有重要应用背景的铜合金仍然是其它材料无法替代的。如艺术铸造铜合金、重要的鑄造电极材料、代替银的电接触触头材料等仍有其广阔的应用前景。
2特种铸造技术的应用及发展
2.1半固态铸造
半固态金属铸造一面世就受到了国内学者的广泛关注，该工艺的特点是，由于在液相中含有近一半的初生相，成形温度大为降低，当切应力为零时可实现金属坯料的高温搬运，易于实现机械化，延长模具的使用寿命，这样即节约了宝贵的能源，又降低了对环境的污染程度，改善了生产条件;同时，在一定切应力作用下，半固态金属又具有适宜的粘度，可以采用如压铸、真空吸铸和挤压铸造等多种工艺进行成形，可以保证铸件优异的性能尤其是减少气孔、缩松等常见的铸件内部质量缺陷。与全液态金属成形工艺比较，半固态工艺彻底改变了金属的充型方式和凝固过程，因此所成形零件表面光滑、内部致密、晶粒细小、力学性能高。半固态金属成形工艺可以达到零件近尺寸成形的目的，极大地减少了零件的机械加工量和切削环节，是颗粒和短纤维增强金属基复合材料的首选制备工艺。目前由半固态铸造工艺生产的铝、镁以及其金属基复合材料得到了飞速发展。
2.2电磁铸造
电磁铸造是利用电磁感应原理实现的连续铸造技术。该技术的最大特点是金属液在电磁搅拌力的作用下，固相前沿变得平直，糊状区宽度减小，枝晶间距较小，化学成分均匀，铸件宏观组织以细小等轴晶为主，因此铸件有较好的压延性能。当前，电磁铸造主要应用 于铝合金方面，在其它合金体系中开展的不够广泛，在钢铁中只有很少的文献给予报道。对于尺寸、形状和内部质量合格的电磁铸造产品，不仅与感应器结构、电参数、屏蔽及其位置有关，还与浇注温度、冷却喷水工艺及浇注充型速度等密切相关，因此真正获得优质的铸件难度很大。目前，该工艺只在小型铸锭方面进行了应用，还未能用到真正意义的铸件成形方面，如果能紧密围绕具有代表性的关键零部件（例如发动机叶片），结合铸造工艺优化、凝固组织控制、电磁流体力学和自动控制等多门类复杂技术，开展其技术应用的研究，并重点考察电磁场、温度场、流场、压力场和浓度场的综合作用过程，将对优质铸件的成形具有重要的意义。
2.3喷射铸造
喷射铸造又称喷射成形技术、雾化沉积技术，是将传统的铸造技术与粉末冶金成形方法相结合而产生的一种快速凝固技术。近年来被广泛用于研制和开发高性能的航空航天用 结构材料，在国内 发展迅速。由于喷射沉积过程，材料保持了很高的冷却速度 （一般大于 103 ℃/s） ，因此材料具有晶粒细小、 偏析程度低以及过饱和固溶的组织特征，这样制得的材料其综合力学性能要大大优于普通的铸造材料。另一方面，由于喷铸方法克服了粉末冶金技术的缺点如材料污染严重、原始颗粒存在界面等问题，因此材料具有比粉末冶金材料更高的强度和塑性。当前，国内对喷射铸造的研究相当活跃，所涉及的材料不仅包括各种铜、铝合金和金属基复合材料还包括不锈钢、高速钢、工具钢、高温合金等。存在的主要问题是，沉积产品的致密性和收得率较低，对于大块制品内部仍存在严重的孔洞缺陷;当喷射金属基复合材料时，还需在准确控制增强颗粒分布和所占体积分数上做深入研究。
3结语
铸造有色合金技术发展道路曲折，通过各方面的努力，取得了骄人的成绩。从开始的仿效跟踪模式，已向着自主创新方向发展。我国在铸造有色合金体系、 有色合金熔体处理关键技术和特种铸造技术的应用等方面与发达国家的差距逐渐缩小。如果在现有科研和生产的基础上比照国外先进水平，继续开拓进取，不断深入研究，并强调技术原始创新，通过加强生产实践，将使我国有色合金铸造技术在整体上达到和超过世界先进水平。
参考文献：
[1]邢书明. 挤压铸造合金材料及其工艺性能[J]. 铸造，2015，64（07）：628-631.
[2]《特种铸造及有色合金》[J]. 热加工工艺，2013，42（23）：226.
（作者单位：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司）
关键词：有色合金;特种铸造技术;现状
铸造有色合金及其特种铸造技术在基本制造产业中占有重要地位，是关键技术之一，在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用，由其所带动的产业在国民经济中起着重要的支撑作用。目前公认的铸造有色合金包括铝、镁、钛、锌和铜等材料，约占各类铸件总量的20%左右，由于减重降耗的要求，其应用具有明显的增长趋势，例如在汽车产业中，需要将铝合金铸件从现有的占铸件总重量的10%增长到30%左右，而在航空工业中，铝铸件更是占到铸件总量的80%以上。
1 我国铸造有色合金发展现状
1.1铸造铝合金
铸造铝合金是我国发展较早的有色金属材料之一，其密度小，比强度高和耐腐蚀，因此广泛地应用于航空、航天、汽车、机床制造等制造业。目前，随着行业的发展，对铸造铝合金的需求越来越大，尤其是汽车工业的发展，轿车生产总量激增，对铝合金的需求量越来越大。在各类铸造铝合金中，按照其性能特点可分为：高强韧铝合金、 耐热铝合金、耐蚀铝合金和超轻铝合金等等，其中高强韧铸造铝合金能够保证合金在高强度的条件下，还具有高的断裂韧性、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，因此可以部分的取代锻件，制备成形状复杂的铸件。
1.2铸造钛合金
钛合金密度小、强度高、抗腐蚀性能强、高温和低温力学性能良好，是一种优良的结构材料，应用广泛。然而，钛合金的性价比比较低，零件不易机械加工，成本高。通过铸造方法，特别是精密铸造可以直接制造形状复杂的零件，免去大量的机械加工工序，使材料的利用率提高到 90%。铸造钛合金通常按照相组成分为α、α+β和β合金，按习惯也分为铸造高强、耐热和耐蚀钛合金。其中铸造Ti-6AI-4V 和Ti-5AI-2.5Sn 是应用较为广泛的铸造钛合金，其特点是具有中等的强度和耐热、耐蚀性，以及良好的塑性，特别适合航空航天发动机和结构铸件使用。
1.3铸造铜合金
铸造铜合金是研究最早和曾经使用较为广泛的传统有色合金材料，其特点是具有很高的导电、导热性能及良好的塑性，而且铜合金比钢铁具有高的耐蚀性能，同时也具有令人满意的力学性能，因而成为现代工业中不可缺少的金属材料之一。 铜合金在铸造机车用轴瓦和船用螺旋桨等方面曾起到重要作用。然而由于铜的密度大，耐磨性能差等原因，现在已经逐步被其他材料所取代。但是许多有重要应用背景的铜合金仍然是其它材料无法替代的。如艺术铸造铜合金、重要的鑄造电极材料、代替银的电接触触头材料等仍有其广阔的应用前景。
2特种铸造技术的应用及发展
2.1半固态铸造
半固态金属铸造一面世就受到了国内学者的广泛关注，该工艺的特点是，由于在液相中含有近一半的初生相，成形温度大为降低，当切应力为零时可实现金属坯料的高温搬运，易于实现机械化，延长模具的使用寿命，这样即节约了宝贵的能源，又降低了对环境的污染程度，改善了生产条件;同时，在一定切应力作用下，半固态金属又具有适宜的粘度，可以采用如压铸、真空吸铸和挤压铸造等多种工艺进行成形，可以保证铸件优异的性能尤其是减少气孔、缩松等常见的铸件内部质量缺陷。与全液态金属成形工艺比较，半固态工艺彻底改变了金属的充型方式和凝固过程，因此所成形零件表面光滑、内部致密、晶粒细小、力学性能高。半固态金属成形工艺可以达到零件近尺寸成形的目的，极大地减少了零件的机械加工量和切削环节，是颗粒和短纤维增强金属基复合材料的首选制备工艺。目前由半固态铸造工艺生产的铝、镁以及其金属基复合材料得到了飞速发展。
2.2电磁铸造
电磁铸造是利用电磁感应原理实现的连续铸造技术。该技术的最大特点是金属液在电磁搅拌力的作用下，固相前沿变得平直，糊状区宽度减小，枝晶间距较小，化学成分均匀，铸件宏观组织以细小等轴晶为主，因此铸件有较好的压延性能。当前，电磁铸造主要应用 于铝合金方面，在其它合金体系中开展的不够广泛，在钢铁中只有很少的文献给予报道。对于尺寸、形状和内部质量合格的电磁铸造产品，不仅与感应器结构、电参数、屏蔽及其位置有关，还与浇注温度、冷却喷水工艺及浇注充型速度等密切相关，因此真正获得优质的铸件难度很大。目前，该工艺只在小型铸锭方面进行了应用，还未能用到真正意义的铸件成形方面，如果能紧密围绕具有代表性的关键零部件（例如发动机叶片），结合铸造工艺优化、凝固组织控制、电磁流体力学和自动控制等多门类复杂技术，开展其技术应用的研究，并重点考察电磁场、温度场、流场、压力场和浓度场的综合作用过程，将对优质铸件的成形具有重要的意义。
2.3喷射铸造
喷射铸造又称喷射成形技术、雾化沉积技术，是将传统的铸造技术与粉末冶金成形方法相结合而产生的一种快速凝固技术。近年来被广泛用于研制和开发高性能的航空航天用 结构材料，在国内 发展迅速。由于喷射沉积过程，材料保持了很高的冷却速度 （一般大于 103 ℃/s） ，因此材料具有晶粒细小、 偏析程度低以及过饱和固溶的组织特征，这样制得的材料其综合力学性能要大大优于普通的铸造材料。另一方面，由于喷铸方法克服了粉末冶金技术的缺点如材料污染严重、原始颗粒存在界面等问题，因此材料具有比粉末冶金材料更高的强度和塑性。当前，国内对喷射铸造的研究相当活跃，所涉及的材料不仅包括各种铜、铝合金和金属基复合材料还包括不锈钢、高速钢、工具钢、高温合金等。存在的主要问题是，沉积产品的致密性和收得率较低，对于大块制品内部仍存在严重的孔洞缺陷;当喷射金属基复合材料时，还需在准确控制增强颗粒分布和所占体积分数上做深入研究。
3结语
铸造有色合金技术发展道路曲折，通过各方面的努力，取得了骄人的成绩。从开始的仿效跟踪模式，已向着自主创新方向发展。我国在铸造有色合金体系、 有色合金熔体处理关键技术和特种铸造技术的应用等方面与发达国家的差距逐渐缩小。如果在现有科研和生产的基础上比照国外先进水平，继续开拓进取，不断深入研究，并强调技术原始创新，通过加强生产实践，将使我国有色合金铸造技术在整体上达到和超过世界先进水平。
参考文献：
[1]邢书明. 挤压铸造合金材料及其工艺性能[J]. 铸造，2015，64（07）：628-631.
[2]《特种铸造及有色合金》[J]. 热加工工艺，2013，42（23）：226.
（作者单位：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司）