铸造铝合金及其精密铸造技术研究与发展

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1.前言
◆ 航空、航天、汽车等行业铝合金结构件的特点和发展趋势
（1）减重、节能、降低制造成本
（2）结构整体化、轻量化、薄壁空心化
（3）高精度、高性能、高可靠、低成本、短周期
◆复杂铝合金精密铸件的研制和应用
（1）高强高韧、高铸造性能的铝合金
（2）特种精密铸造工艺

2.铸造铝合金研究和应用现状与发展趋势
◆概况
（1）铸造Al-Si系合金铸造性能优越，但力学性能水平低
（2）铸造Al-Cu系合金铸造性能差，构件易产生缺陷，可靠性低

◆ 研究和发展趋势
（1）铸造Al-Si系合金
▲ 提高力学性能水平：
▲ 合金化(Sc、Ag等)
▲ 成分优化和纯化(适当调节Mg、Si、Cu等合金元素成分范围，控制Fe含量)
▲ 熔体处理(细化、变质、精炼、消除组织遗传等)
▲ 热处理
◆ 研究和发展趋势
（1）铸造Al-Cu系合金
提高铸造性能或进一步提高力学性能水平：
▲ 合金化(Sc、Ag等)
▲ 成分优化和纯化(适当调节Cu、Mn、Ti、Cd 等合金元素成分范围，控制Fe、Si、Mg含量)
▲ 熔体处理(精炼、细化、消除组织遗传等)
▲ 热处理
3.铝合金特种精密铸造工艺研究和应用现状与发展趋势
◆概况

◆ 研究和发展趋势
（1）计算机技术
可进行铸件工艺设计和模具加工，实现充填和凝固过程的流场、温度场、缺陷等预测，直接预测铸件组织(性能)、应力(尺寸)：
▲ 成熟的三维设计软件；
▲ 流场和温度场模拟较成熟，进入商品化和实用化阶段；
▲ 组织和应力模拟尚待完善和发展；
（2）特种型芯技术
铸件整体化、薄壁空心化的发展，促使特种型芯技术的发展：
▲ 可溶型芯(过程可溶和铸件浇注后可溶)
▲ 可熔型芯
▲ 精密砂型易溃散型芯
（3）精密铸造方法
根据铸件结构和要求选择，多种精密铸造方法共存：
▲ 熔模铸造
▲ 石膏型铸造
▲ 精密砂型
▲ 复合精密铸造
（3）熔体处理技术
与铸造铝合金熔体处理技术一致
（4）浇注成形方法
根据铸件结构和要求选择，多种浇注方法：
▲ 重力浇注
▲ 反重力浇注
低压铸造、差压铸造、真空吸铸、调压铸造
▲ 磁感应浇注
▲ 充填和凝固过程组织结构(含缺陷)和形状尺寸变化规律
（5）热处理技术
使铸件获得最佳力学性能，防止铸件变形：
▲ 组织结构演变机制和规律
▲ 应力形成和变化机制与预防措施
4.研究和应用实例
◆ 合金和铸件性能
－－离心叶轮
（1）要求
▲ 工作转速为64,000rpm
▲ 结构复杂、壁厚不均匀
▲ 铸件性能、尺寸精度、表面和内部质量等要求高


超转试验

应力分析

（2）工艺方案设计
▲ 成分优化、纯化、纯净化处理
▲ 熔模、金属型复合铸造
▲ 真空吸铸加压凝固

组织设计------------------------------ 工艺方案-------------------------------- 浇注方法


（3）精密砂型铸造方法研究和应用
▲ 典型零件特点

（4）工艺方法
▲ 计算机技术；
▲ 特种型芯技术
▲ 精密树脂砂型铸造方法；
▲ 浇注方法
▲ 检测技术
▲ 计算机技术

▲ 特种型芯技术

▲ 精密树脂砂型铸造方法

▲ 浇注方法 －－反重力浇注

▲ 大型工业CT无损检测方法


5.结束语
◆ 高强高韧铸造铝合金
(1)传统合金 －－挖掘其潜力、提高综合性能
▲ 铸造Al-Si系合金主要通过成分优化、纯化、净化、细化、变质、热处理等途径提高性能
▲ 铸造Al-Cu系合金主要目标提高铸造性能
(2)新型合金
▲ 通过合金化、增强时效强化，研制和开发新合金
(3) 铝合金精密铸造工艺－－解决复杂薄壁整体铝合金精密铸件工艺关键
▲ 计算机技术的综合应用
▲ 特种型芯的研究与开发
▲ 新型精密铸造方法的研究和应用－－精密砂型和复合型
▲ 反重力浇注技术的研究和应用

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