鑄造鋁合金及其精密鑄造技術研究與發展

1.前言 
◆ 航空、航天、汽車等行業鋁合金結構件的特點和發展趨勢 
（1）減重、節能、降低制造成本 
（2）結構整體化、輕量化、薄壁空心化 
（3）高精度、高性能、高可靠、低成本、短周期 
◆復雜鋁合金精密鑄件的研制和應用 
（1）高強高韌、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用現狀與發展趨勢 
◆概況 
（1）鑄造Al-Si系合金鑄造性能*，但力學性能水平低 
（2）鑄造Al-Cu系合金鑄造性能差，構件易產生缺陷，可靠性低 

◆ 研究和發展趨勢 
（1）鑄造Al-Si系合金 
▲ 提高力學性能水平： 
▲ 合金化(Sc、Ag等) 
▲ 成分優化和純化(適當調節Mg、Si、Cu等合金元素成分范圍，控制Fe含量) 
▲ 熔體處理(細化、變質、精煉、消除組織遺傳等) 
▲ 熱處理 
◆ 研究和發展趨勢 
（1）鑄造Al-Cu系合金 
提高鑄造性能或進一步提高力學性能水平： 
▲ 合金化(Sc、Ag等) 
▲ 成分優化和純化(適當調節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用現狀與發展趨勢 
◆概況 

◆ 研究和發展趨勢 
（1）計算機技術 
可進行鑄件工藝設計和模具加工，實現充填和凝固過程的流場、溫度場、缺陷等預測，直接預測鑄件組織(性能)、應力(尺寸)： 
▲ 成熟的三維設計軟件； 
▲ 流場和溫度場模擬較成熟，進入商品化和實用化階段； 
▲ 組織和應力模擬尚待完善和發展； 
（2）特種型芯技術 
鑄件整體化、薄壁空心化的發展，促使特種型芯技術的發展： 
▲ 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 
根據鑄件結構和要求選擇，多種精密鑄造方法共存： 
▲ 熔模鑄造 
▲ 石膏型鑄造 
▲ 精密砂型 
▲ 復合精密鑄造 
（3）熔體處理技術 
與鑄造鋁合金熔體處理技術一致 
（4）澆注成形方法 
根據鑄件結構和要求選擇，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、調壓鑄造 
▲ 磁感應澆注 
▲ 充填和凝固過程組織結構(含缺陷)和形狀尺寸變化規律 
（5）熱處理技術 
使鑄件獲得Z佳力學性能，防止鑄件變形： 
▲ 組織結構演變機制和規律 
▲ 應力形成和變化機制與預防措施 
4.研究和應用實例 
◆ 合金和鑄件性能 
--離心葉輪 
（1）要求 
▲ 工作轉速為64,000rpm 
▲ 結構復雜、壁厚不均勻 
▲ 鑄件性能、尺寸精度、表面和內部質量等要求高 


超轉試驗 

應力分析 

（2）工藝方案設計 
▲ 成分優化、純化、純凈化處理 
▲ 熔模、金屬型復合鑄造 
▲ 真空吸鑄加壓凝固 

組織設計------------------------------ 工藝方案-------------------------------- 澆注方法 


（3）精密砂型鑄造方法研究和應用 
▲ 典型零件特點 

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

▲ 特種型芯技術 

▲ 精密樹脂砂型鑄造方法 

▲ 澆注方法 --反重力澆注 

▲ 大型工業CT無損檢測方法 


5.結束語 
◆ 高強高韌鑄造鋁合金 
(1)傳統合金 --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化、純化、凈化、細化、變質、熱處理等途徑提高性能 
▲ 鑄造Al-Cu系合金主要目標提高鑄造性能 
(2)新型合金 
▲ 通過合金化、增強時效強化，研制和開發新合金 
(3) 鋁合金精密鑄造工藝--解決復雜薄壁整體鋁合金精密鑄件工藝關鍵 
▲ 計算機技術的綜合應用 
▲ 特種型芯的研究與開發 
▲ 新型精密鑄造方法的研究和應用--精密砂型和復合型 
▲ 反重力澆注技術的研究和應用