鑄造技術(shù)路線圖鑄造有色合金

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1、鑄造技術(shù)路線圖:鑄造有色合金蘇彥慶王同敏曲迎東李嘉榮吳國華陳瑞潤第一節(jié)概述鑄造有色合金是用以澆注鑄件的有色合金，主要有鑄造鋁合金、鑄造鎂合金、鑄造鈦合金、鑄造銅合金、鑄造高溫合金等，近年來又發(fā)展出鑄造金屬間化合物［1-2］和鑄造高爛合金［3?4］。鑄造有色合金可適用于多種鑄造成形技術(shù)，在基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)屮占有重要地位，在航空、航天、船舶、汽車、軌道交通、化工、能源、電子電器和運動休閑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1?鑄造鋁合金鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，熔煉過程中易與水氣反應(yīng)而氧化并吸氫，導(dǎo)致鋁合金鑄件易產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷。而精煉處理是預(yù)防產(chǎn)生氣孔和夾雜的

2、主要技術(shù)手段。旋轉(zhuǎn)噴頭吹氣技術(shù)成為國外先進(jìn)的鋁液精煉技術(shù)的重耍發(fā)展方向之一31，該技術(shù)用以替代現(xiàn)有的含氯精煉劑，精煉過程更環(huán)保、更安全。該技術(shù)的運用，能夠使鋁合金鑄件的氣孔、針孔缺陷得以控制，有效提升冶金質(zhì)量。由于稀土元素具有明顯的化合脫氫作用，并兼有變質(zhì)作用，近來受到普遍重視［9-11］。在初生A1細(xì)化方面研究主要體現(xiàn)在兩方面：(1)通過細(xì)化劑細(xì)化初生A1相［12-13］;(2)通過物理場細(xì)化初生相［14-16］,如超聲波場、磁場、電場等，而且通過物理場細(xì)化是今后的主要發(fā)展趨勢。通過調(diào)整傳統(tǒng)鋁合金中的主要元素含量及各組元的比值，添加微量

3、過渡族元素或稀土元素，從而改變合金中各種化合物的物理性能、尺寸和分布可開發(fā)出對應(yīng)各種不同需要的不同新合金。我國已開展Sc、Ce、Y、Yb等元素用于鋁合金的研究，對提高鋁合金的強(qiáng)韌性發(fā)揮了一定的作用。在鑄造鋁合金新材料方面，鑄鋁的合金化國內(nèi)開展了很多研究，但應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化成果仍偏少，最大的差距體現(xiàn)在新的合金系研究，如高強(qiáng)韌鋁合金的整體研發(fā)水平與國外仍有差距。國內(nèi)在鋁精煉方面研究的深度、范圍及設(shè)備控制水平較國際先進(jìn)水平仍有待于提高。2.鑄造鎂合金鑄造鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高、震動阻尼容量大，在汽油、煤油和潤滑油中性能穩(wěn)定等特點，廣泛用于航空航

4、天、汽車和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。(1)高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金［17-19］o高強(qiáng)耐熱鎂合金是國內(nèi)外的重點研究方向，通過稀土合金化提高鎂合金耐熱性能是當(dāng)前的研究熱點，開發(fā)的WE54鑄造合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別達(dá)到350MPa、250MPa和6%。我國開發(fā)了多種高性能稀土鎂合金材料，如Mg-Gd-Y-Zr系、Mg-Gd-Y-Zn-Zr系、Mg-Y-RE-Zr系、Mg-Nd-Zn-Zr系等，其中Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金材料在性能方而已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，金屬型鑄造合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別達(dá)到400MPa、300MPa和6%。在

5、鎂合金熔體凈化方面，開發(fā)了新型非熔劑保護(hù)熔煉技術(shù)和稀土元素添加工藝，減少了鎂合金中的熔劑夾雜物;開發(fā)新型鎂合金陶瓷過濾技術(shù)及相關(guān)裝置，開發(fā)了鎂合金吹氣凈化技術(shù)和相關(guān)裝置，降低了鎂合金中的氧化物夾雜和氣體含量。（2）超輕鑄造鎂鋰合金［20-23］。目前國內(nèi)關(guān)于鑄造鎂鋰合金的相關(guān)研究非常缺乏，這與鎂鋰合金的巨大應(yīng)用前景是不相符的。已研究了Ag、Cu、Y、Nd以及富Ce稀土等添加對Mg-5Li-3Al-2Zn合金組織性能的影響，發(fā)現(xiàn)這些元素能夠有效提高鑄造鎂鋰合金的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率最大可分別達(dá)到220MPa.170MPa和20%

6、。Mg-Li合金化學(xué)性質(zhì)非常活潑，因此在熔煉過程中必須采用特殊的方法和工藝對Mg-Li合金施加保護(hù)。目前研究和生產(chǎn)中常用的保護(hù)方法主要有兩種:一種是采用常規(guī)鎂合金熔煉設(shè)備和工藝，施加覆蓋熔劑保護(hù)；另一種是采用真空感應(yīng)熔煉，采用惰性氣體保護(hù)，是目前制備Mg-Li合金最適宜的方法。2.鑄造鈦合金鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性好等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。仃）高溫鈦合金［24-26］。高溫鈦合金鑄件主要用于航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤和葉片等，使用溫度可達(dá)600°Co與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物TisAl（aJ和TiAl（丫）為基的合金，最大優(yōu)點是

7、高溫性能好（最高使用溫度分別為816°C和982°C）、抗氧化能力強(qiáng)、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2）,這些優(yōu)點使其成為未來航空發(fā)動機(jī)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件最具競爭力的材料。已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-V-0.5Mo在美國開始批量生產(chǎn)。Ti-48Al-2Cr-2Nb合金目前已經(jīng)應(yīng)用于波音787機(jī)型。而我國自行開發(fā)的含Nb鈦鋁合金也開始得到應(yīng)用。（2）耐腐蝕鈦合金［27-28］。隨著海軍現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，新型號的鈦材應(yīng)用越來越多。中國研制出具有自己特色的不同強(qiáng)度級別的近a型

8、船用耐蝕鈦合金。Ti31合金是500MPa級的低強(qiáng)高韌耐蝕鈦合金，Ti75合金是630MPa級的中強(qiáng)高韌性耐蝕鈦合金，Ti-B19是一種高強(qiáng)耐蝕鈦合金，Ti80是一種高強(qiáng)、可焊的a型鈦合金。(