我國鑄造有色合金及其特種鑄造技術發展現狀

韓永華

摘要：鑄造有色合金發展近年來深受科研工作者及生產技術人員關注，基于此，文章從鑄造有色合金的發展、特種鑄造技術及應用等方面展開詳細探究，希望能不斷提升鑄造有色合金技術整體水平，擴大有色合金在這一領域的應用。

關鍵詞：有色合金;特種鑄造技術;現狀

鑄造有色合金及其特種鑄造技術在基本制造產業中占有重要地位，是關鍵技術之一，在航空、航天、船舶、汽車、軌道交通、化工、能源、電子電器和運動休閑等領域有著廣泛的應用，由其所帶動的產業在國民經濟中起著重要的支撐作用。目前公認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，其應用具有明顯的增長趨勢，例如在汽車產業中，需要將鋁合金鑄件從現有的占鑄件總重量的10%增長到30%左右，而在航空工業中，鋁鑄件更是占到鑄件總量的80%以上。

1?我國鑄造有色合金發展現狀

1.1鑄造鋁合金

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

1.2鑄造鈦合金

鈦合金密度小、強度高、抗腐蝕性能強、高溫和低溫力學性能良好，是一種優良的結構材料，應用廣泛。然而，鈦合金的性價比比較低，零件不易機械加工，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雜的零件，免去大量的機械加工工序，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，按習慣也分為鑄造高強、耐熱和耐蝕鈦合金。其中鑄造Ti-6AI-4V?和Ti-5AI-2.5Sn?是應用較為廣泛的鑄造鈦合金，其特點是具有中等的強度和耐熱、耐蝕性，以及良好的塑性，特別適合航空航天發動機和結構鑄件使用。

1.3鑄造銅合金

鑄造銅合金是研究最早和曾經使用較為廣泛的傳統有色合金材料，其特點是具有很高的導電、導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，同時也具有令人滿意的力學性能，因而成為現代工業中不可缺少的金屬材料之一。?銅合金在鑄造機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，現在已經逐步被其他材料所取代。但是許多有重要應用背景的銅合金仍然是其它材料無法替代的。如藝術鑄造銅合金、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用前景。

2特種鑄造技術的應用及發展

2.1半固態鑄造

半固態金屬鑄造一面世就受到了國內學者的廣泛關注，該工藝的特點是，由于在液相中含有近一半的初生相，成形溫度大為降低，當切應力為零時可實現金屬坯料的高溫搬運，易于實現機械化，延長模具的使用壽命，這樣即節約了寶貴的能源，又降低了對環境的污染程度，改善了生產條件;同時，在一定切應力作用下，半固態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行成形，可以保證鑄件優異的性能尤其是減少氣孔、縮松等常見的鑄件內部質量缺陷。與全液態金屬成形工藝比較，半固態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、內部致密、晶粒細小、力學性能高。半固態金屬成形工藝可以達到零件近尺寸成形的目的，極大地減少了零件的機械加工量和切削環節，是顆粒和短纖維增強金屬基復合材料的首選制備工藝。目前由半固態鑄造工藝生產的鋁、鎂以及其金屬基復合材料得到了飛速發展。

2.2電磁鑄造

電磁鑄造是利用電磁感應原理實現的連續鑄造技術。該技術的最大特點是金屬液在電磁攪拌力的作用下，固相前沿變得平直，糊狀區寬度減小，枝晶間距較小，化學成分均勻，鑄件宏觀組織以細小等軸晶為主，因此鑄件有較好的壓延性能。當前，電磁鑄造主要應用?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給予報道。對于尺寸、形狀和內部質量合格的電磁鑄造產品，不僅與感應器結構、電參數、屏蔽及其位置有關，還與澆注溫度、冷卻噴水工藝及澆注充型速度等密切相關，因此真正獲得優質的鑄件難度很大。目前，該工藝只在小型鑄錠方面進行了應用，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鍵零部件（例如發動機葉片），結合鑄造工藝優化、凝固組織控制、電磁流體力學和自動控制等多門類復雜技術，開展其技術應用的研究，并重點考察電磁場、溫度場、流場、壓力場和濃度場的綜合作用過程，將對優質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、霧化沉積技術，是將傳統的鑄造技術與粉末冶金成形方法相結合而產生的一種快速凝固技術。近年來被廣泛用于研制和開發高性能的航空航天用?結構材料，在國內?發展迅速。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性能要大大優于普通的鑄造材料。另一方面，由于噴鑄方法克服了粉末冶金技術的缺點如材料污染嚴重、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度和塑性。當前，國內對噴射鑄造的研究相當活躍，所涉及的材料不僅包括各種銅、鋁合金和金屬基復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，沉積產品的致密性和收得率較低，對于大塊制品內部仍存在嚴重的孔洞缺陷;當噴射金屬基復合材料時，還需在準確控制增強顆粒分布和所占體積分數上做深入研究。

3結語

鑄造有色合金技術發展道路曲折，通過各方面的努力，取得了驕人的成績。從開始的仿效跟蹤模式，已向著自主創新方向發展。我國在鑄造有色合金體系、?有色合金熔體處理關鍵技術和特種鑄造技術的應用等方面與發達國家的差距逐漸縮小。如果在現有科研和生產的基礎上比照國外先進水平，繼續開拓進取，不斷深入研究，并強調技術原始創新，通過加強生產實踐，將使我國有色合金鑄造技術在整體上達到和超過世界先進水平。

參考文獻：

[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：中國航發哈爾濱東安發動機有限公司）