我國(guó)鑄造有色合金及其特種鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

韓永華

摘要：鑄造有色合金發(fā)展近年來深受科研工作者及生產(chǎn)技術(shù)人員關(guān)注，基于此，文章從鑄造有色合金的發(fā)展、特種鑄造技術(shù)及應(yīng)用等方面展開詳細(xì)探究，希望能不斷提升鑄造有色合金技術(shù)整體水平，擴(kuò)大有色合金在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有色合金;特種鑄造技術(shù);現(xiàn)狀

鑄造有色合金及其特種鑄造技術(shù)在基本制造產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，是關(guān)鍵技術(shù)之一，在航空、航天、船舶、汽車、軌道交通、化工、能源、電子電器和運(yùn)動(dòng)休閑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，由其所帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要的支撐作用。目前公認(rèn)的鑄造有色合金包括鋁、鎂、鈦、鋅和銅等材料，約占各類鑄件總量的20%左右，由于減重降耗的要求，其應(yīng)用具有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，例如在汽車產(chǎn)業(yè)中，需要將鋁合金鑄件從現(xiàn)有的占鑄件總重量的10%增長(zhǎng)到30%左右，而在航空工業(yè)中，鋁鑄件更是占到鑄件總量的80%以上。

1?我國(guó)鑄造有色合金發(fā)展現(xiàn)狀

1.1鑄造鋁合金

鑄造鋁合金是我國(guó)發(fā)展較早的有色金屬材料之一，其密度小，比強(qiáng)度高和耐腐蝕，因此廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)床制造等制造業(yè)。目前，隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)鑄造鋁合金的需求越來越大，尤其是汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車生產(chǎn)總量激增，對(duì)鋁合金的需求量越來越大。在各類鑄造鋁合金中，按照其性能特點(diǎn)可分為：高強(qiáng)韌鋁合金、?耐熱鋁合金、耐蝕鋁合金和超輕鋁合金等等，其中高強(qiáng)韌鑄造鋁合金能夠保證合金在高強(qiáng)度的條件下，還具有高的斷裂韌性、疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，因此可以部分的取代鍛件，制備成形狀復(fù)雜的鑄件。

1.2鑄造鈦合金

鈦合金密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)、高溫和低溫力學(xué)性能良好，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用廣泛。然而，鈦合金的性價(jià)比比較低，零件不易機(jī)械加工，成本高。通過鑄造方法，特別是精密鑄造可以直接制造形狀復(fù)雜的零件，免去大量的機(jī)械加工工序，使材料的利用率提高到?90%。鑄造鈦合金通常按照相組成分為α、α+β和β合金，按習(xí)慣也分為鑄造高強(qiáng)、耐熱和耐蝕鈦合金。其中鑄造Ti-6AI-4V?和Ti-5AI-2.5Sn?是應(yīng)用較為廣泛的鑄造鈦合金，其特點(diǎn)是具有中等的強(qiáng)度和耐熱、耐蝕性，以及良好的塑性，特別適合航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)和結(jié)構(gòu)鑄件使用。

1.3鑄造銅合金

鑄造銅合金是研究最早和曾經(jīng)使用較為廣泛的傳統(tǒng)有色合金材料，其特點(diǎn)是具有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能及良好的塑性，而且銅合金比鋼鐵具有高的耐蝕性能，同時(shí)也具有令人滿意的力學(xué)性能，因而成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料之一。?銅合金在鑄造機(jī)車用軸瓦和船用螺旋槳等方面曾起到重要作用。然而由于銅的密度大，耐磨性能差等原因，現(xiàn)在已經(jīng)逐步被其他材料所取代。但是許多有重要應(yīng)用背景的銅合金仍然是其它材料無法替代的。如藝術(shù)鑄造銅合金、重要的鑄造電極材料、代替銀的電接觸觸頭材料等仍有其廣闊的應(yīng)用前景。

2特種鑄造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

2.1半固態(tài)鑄造

半固態(tài)金屬鑄造一面世就受到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注，該工藝的特點(diǎn)是，由于在液相中含有近一半的初生相，成形溫度大為降低，當(dāng)切應(yīng)力為零時(shí)可實(shí)現(xiàn)金屬坯料的高溫搬運(yùn)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，延長(zhǎng)模具的使用壽命，這樣即節(jié)約了寶貴的能源，又降低了對(duì)環(huán)境的污染程度，改善了生產(chǎn)條件;同時(shí)，在一定切應(yīng)力作用下，半固態(tài)金屬又具有適宜的粘度，可以采用如壓鑄、真空吸鑄和擠壓鑄造等多種工藝進(jìn)行成形，可以保證鑄件優(yōu)異的性能尤其是減少氣孔、縮松等常見的鑄件內(nèi)部質(zhì)量缺陷。與全液態(tài)金屬成形工藝比較，半固態(tài)工藝徹底改變了金屬的充型方式和凝固過程，因此所成形零件表面光滑、內(nèi)部致密、晶粒細(xì)小、力學(xué)性能高。半固態(tài)金屬成形工藝可以達(dá)到零件近尺寸成形的目的，極大地減少了零件的機(jī)械加工量和切削環(huán)節(jié)，是顆粒和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的首選制備工藝。目前由半固態(tài)鑄造工藝生產(chǎn)的鋁、鎂以及其金屬基復(fù)合材料得到了飛速發(fā)展。

2.2電磁鑄造

電磁鑄造是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的連續(xù)鑄造技術(shù)。該技術(shù)的最大特點(diǎn)是金屬液在電磁攪拌力的作用下，固相前沿變得平直，糊狀區(qū)寬度減小，枝晶間距較小，化學(xué)成分均勻，鑄件宏觀組織以細(xì)小等軸晶為主，因此鑄件有較好的壓延性能。當(dāng)前，電磁鑄造主要應(yīng)用?于鋁合金方面，在其它合金體系中開展的不夠廣泛，在鋼鐵中只有很少的文獻(xiàn)給予報(bào)道。對(duì)于尺寸、形狀和內(nèi)部質(zhì)量合格的電磁鑄造產(chǎn)品，不僅與感應(yīng)器結(jié)構(gòu)、電參數(shù)、屏蔽及其位置有關(guān)，還與澆注溫度、冷卻噴水工藝及澆注充型速度等密切相關(guān)，因此真正獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件難度很大。目前，該工藝只在小型鑄錠方面進(jìn)行了應(yīng)用，還未能用到真正意義的鑄件成形方面，如果能緊密圍繞具有代表性的關(guān)鍵零部件（例如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片），結(jié)合鑄造工藝優(yōu)化、凝固組織控制、電磁流體力學(xué)和自動(dòng)控制等多門類復(fù)雜技術(shù)，開展其技術(shù)應(yīng)用的研究，并重點(diǎn)考察電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、壓力場(chǎng)和濃度場(chǎng)的綜合作用過程，將對(duì)優(yōu)質(zhì)鑄件的成形具有重要的意義。

2.3噴射鑄造

噴射鑄造又稱噴射成形技術(shù)、霧化沉積技術(shù)，是將傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)與粉末冶金成形方法相結(jié)合而產(chǎn)生的一種快速凝固技術(shù)。近年來被廣泛用于研制和開發(fā)高性能的航空航天用?結(jié)構(gòu)材料，在國(guó)內(nèi)?發(fā)展迅速。由于噴射沉積過程，材料保持了很高的冷卻速度?（一般大于?103?℃/s）?，因此材料具有晶粒細(xì)小、?偏析程度低以及過飽和固溶的組織特征，這樣制得的材料其綜合力學(xué)性能要大大優(yōu)于普通的鑄造材料。另一方面，由于噴鑄方法克服了粉末冶金技術(shù)的缺點(diǎn)如材料污染嚴(yán)重、原始顆粒存在界面等問題，因此材料具有比粉末冶金材料更高的強(qiáng)度和塑性。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)噴射鑄造的研究相當(dāng)活躍，所涉及的材料不僅包括各種銅、鋁合金和金屬基復(fù)合材料還包括不銹鋼、高速鋼、工具鋼、高溫合金等。存在的主要問題是，沉積產(chǎn)品的致密性和收得率較低，對(duì)于大塊制品內(nèi)部仍存在嚴(yán)重的孔洞缺陷;當(dāng)噴射金屬基復(fù)合材料時(shí)，還需在準(zhǔn)確控制增強(qiáng)顆粒分布和所占體積分?jǐn)?shù)上做深入研究。

3結(jié)語(yǔ)

鑄造有色合金技術(shù)發(fā)展道路曲折，通過各方面的努力，取得了驕人的成績(jī)。從開始的仿效跟蹤模式，已向著自主創(chuàng)新方向發(fā)展。我國(guó)在鑄造有色合金體系、?有色合金熔體處理關(guān)鍵技術(shù)和特種鑄造技術(shù)的應(yīng)用等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距逐漸縮小。如果在現(xiàn)有科研和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上比照國(guó)外先進(jìn)水平，繼續(xù)開拓進(jìn)取，不斷深入研究，并強(qiáng)調(diào)技術(shù)原始創(chuàng)新，通過加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)踐，將使我國(guó)有色合金鑄造技術(shù)在整體上達(dá)到和超過世界先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢書明.?擠壓鑄造合金材料及其工藝性能[J].?鑄造，2015，64（07）：628-631.

[2]《特種鑄造及有色合金》[J].?熱加工工藝，2013，42（23）：226.

（作者單位：中國(guó)航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）