鑄造鋁合金及其精密鑄造技術(shù)研究與發(fā)展

1.前言 
◆ 航空、航天、汽車等行業(yè)鋁合金結(jié)構(gòu)件的特點和發(fā)展趨勢 
（1）減重、節(jié)能、降低制造成本 
（2）結(jié)構(gòu)整體化、輕量化、薄壁空心化 
（3）高精度、高性能、高可靠、低成本、短周期 
◆復(fù)雜鋁合金精密鑄件的研制和應(yīng)用 
（1）高強(qiáng)高韌、高鑄造性能的鋁合金 
（2）特種精密鑄造工藝 

2.鑄造鋁合金研究和應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 
◆概況 
（1）鑄造Al-Si系合金鑄造性能*，但力學(xué)性能水平低 
（2）鑄造Al-Cu系合金鑄造性能差，構(gòu)件易產(chǎn)生缺陷，可靠性低 

◆ 研究和發(fā)展趨勢 
（1）鑄造Al-Si系合金 
▲ 提高力學(xué)性能水平： 
▲ 合金化(Sc、Ag等) 
▲ 成分優(yōu)化和純化(適當(dāng)調(diào)節(jié)Mg、Si、Cu等合金元素成分范圍，控制Fe含量) 
▲ 熔體處理(細(xì)化、變質(zhì)、精煉、消除組織遺傳等) 
▲ 熱處理 
◆ 研究和發(fā)展趨勢 
（1）鑄造Al-Cu系合金 
提高鑄造性能或進(jìn)一步提高力學(xué)性能水平： 
▲ 合金化(Sc、Ag等) 
▲ 成分優(yōu)化和純化(適當(dāng)調(diào)節(jié)Cu、Mn、Ti、Cd 等合金元素成分范圍，控制Fe、Si、Mg含量) 
▲ 熔體處理(精煉、細(xì)化、消除組織遺傳等) 
▲ 熱處理 
3.鋁合金特種精密鑄造工藝研究和應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 
◆概況 

◆ 研究和發(fā)展趨勢 
（1）計算機(jī)技術(shù) 
可進(jìn)行鑄件工藝設(shè)計和模具加工，實現(xiàn)充填和凝固過程的流場、溫度場、缺陷等預(yù)測，直接預(yù)測鑄件組織(性能)、應(yīng)力(尺寸)： 
▲ 成熟的三維設(shè)計軟件； 
▲ 流場和溫度場模擬較成熟，進(jìn)入商品化和實用化階段； 
▲ 組織和應(yīng)力模擬尚待完善和發(fā)展； 
（2）特種型芯技術(shù) 
鑄件整體化、薄壁空心化的發(fā)展，促使特種型芯技術(shù)的發(fā)展： 
▲ 可溶型芯(過程可溶和鑄件澆注后可溶) 
▲ 可熔型芯 
▲ 精密砂型易潰散型芯 
（3）精密鑄造方法 
根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和要求選擇，多種精密鑄造方法共存： 
▲ 熔模鑄造 
▲ 石膏型鑄造 
▲ 精密砂型 
▲ 復(fù)合精密鑄造 
（3）熔體處理技術(shù) 
與鑄造鋁合金熔體處理技術(shù)一致 
（4）澆注成形方法 
根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和要求選擇，多種澆注方法： 
▲ 重力澆注 
▲ 反重力澆注 
低壓鑄造、差壓鑄造、真空吸鑄、調(diào)壓鑄造 
▲ 磁感應(yīng)澆注 
▲ 充填和凝固過程組織結(jié)構(gòu)(含缺陷)和形狀尺寸變化規(guī)律 
（5）熱處理技術(shù) 
使鑄件獲得Z佳力學(xué)性能，防止鑄件變形： 
▲ 組織結(jié)構(gòu)演變機(jī)制和規(guī)律 
▲ 應(yīng)力形成和變化機(jī)制與預(yù)防措施 
4.研究和應(yīng)用實例 
◆ 合金和鑄件性能 
--離心葉輪 
（1）要求 
▲ 工作轉(zhuǎn)速為64,000rpm 
▲ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻 
▲ 鑄件性能、尺寸精度、表面和內(nèi)部質(zhì)量等要求高 


超轉(zhuǎn)試驗 

應(yīng)力分析 

（2）工藝方案設(shè)計 
▲ 成分優(yōu)化、純化、純凈化處理 
▲ 熔模、金屬型復(fù)合鑄造 
▲ 真空吸鑄加壓凝固 

組織設(shè)計------------------------------ 工藝方案-------------------------------- 澆注方法 


（3）精密砂型鑄造方法研究和應(yīng)用 
▲ 典型零件特點 

（4）工藝方法 
▲ 計算機(jī)技術(shù)； 
▲ 特種型芯技術(shù) 
▲ 精密樹脂砂型鑄造方法； 
▲ 澆注方法 
▲ 檢測技術(shù) 
▲ 計算機(jī)技術(shù) 

▲ 特種型芯技術(shù) 

▲ 精密樹脂砂型鑄造方法 

▲ 澆注方法 --反重力澆注 

▲ 大型工業(yè)CT無損檢測方法 


5.結(jié)束語 
◆ 高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金 
(1)傳統(tǒng)合金 --挖掘其潛力、提高綜合性能 
▲ 鑄造Al-Si系合金主要通過成分優(yōu)化、純化、凈化、細(xì)化、變質(zhì)、熱處理等途徑提高性能 
▲ 鑄造Al-Cu系合金主要目標(biāo)提高鑄造性能 
(2)新型合金 
▲ 通過合金化、增強(qiáng)時效強(qiáng)化，研制和開發(fā)新合金 
(3) 鋁合金精密鑄造工藝--解決復(fù)雜薄壁整體鋁合金精密鑄件工藝關(guān)鍵 
▲ 計算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用 
▲ 特種型芯的研究與開發(fā) 
▲ 新型精密鑄造方法的研究和應(yīng)用--精密砂型和復(fù)合型 
▲ 反重力澆注技術(shù)的研究和應(yīng)用