铸造铝合金及其精密铸造技术研究与发展

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Z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