鋁鎂合金在實型鑄造中的應用與發展

席紅梅 程精濤

摘 要：實型鑄造在我國已有近50年的發展歷程，是鑄造行業中一項取得飛快發展的鑄造技術。鋁合金和鎂合金作為輕質金屬，具有比黑色金屬更為優越的性能，所以鋁合金和鎂合金在實型鑄造技術中的應用也越來越受到人們的關注，本文主要介紹目前鋁合金和鎂合金在實型鑄造應用中的應用與發展。

關鍵詞：實型鑄造;鋁合金;鎂合金;應用;發展

1 引言

實型鑄造是由美國人H.F.斯洛依1956年發明用于金屬雕像等藝術鑄件的生產方式 [1]。1962年應用于工業生產，并在美國、德國、英國、法國、意大利、日本等先進的工業國家形成多條高度機械化、自動化的生產線。這項鑄造技術以其獨特的優越性在鑄造行業中占據重要地位。

鋁合金和鎂合金作為輕金屬，具有良好的物理性能和力學性能。鋁是地球上儲存量最多的金屬元素，我國每年的鋁產量居世界之首，鑄造使用量達25%。鎂的儲存量也很豐富，鎂是目前發現最輕的金屬材料。兩種材料的合金主要用于航空、航天領域，但隨著鑄造技術的發展，在更多的領域也有應用。

2.實型鑄造概述

實型鑄造是采用塑料模樣代替傳統模樣，造好型后不取出模樣而直接澆入金屬液，金屬液高溫使模樣燃燒、氣化、消失，金屬液取代原來塑料模所占據的空間，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造方法。消失模鑄造就是在實型鑄造的基礎上發展起來的新工藝和新技術，是實型鑄造技術發展的一個新層次。

我國于上世紀中葉對實型鑄造技術進行研究，經過70年研究，給國內的鑄造企業帶來了技術支持，并在企業生產的實際應用中得到了提升，但是與歐美發達國家相比，還有相當的差距。依據中國鑄造協會近些年的不完全統計，我國實型鑄造年產千噸的企業有200多家。但鋁合金、鎂合金實型鑄造企業卻是鳳毛麟角。根據2007-2011年的統計數據，實型鑄造鑄件由64.8萬噸達到了150余萬噸，產量位居世界之首。但其中大部分都是鑄鋼和鑄鐵件，只有不到0.5%的鑄件為鋁合金和鎂合金鑄件，而且這些鋁合金和鎂合金鑄件主要用于汽車、航天等工業。所以在未來，鋁合金、鎂合金的實型鑄造發展將迎來很大的上升空間。

3.鋁合金和鎂合金在實型鑄造的應用和發展

3.1國外鋁合金和鎂合金在實型鑄造中的應用和發展

美國是較早將實型鑄造應用到工業生產的國家之一，經過不斷的發展，美國的實型鑄造已經進入了實型鑄造的新階段——消失模鑄造技術的應用階段，并且已經進入快速增長后的成熟期。

在國外，鋁合金的大規模研究在二十世紀八九十年代，尤其在美國、德國的汽車行業中的應用是相當廣泛的 [3] [4]。

從1985至2009年，對發達國家的實行鑄造生產線的產量和產品調查發現，美國通用汽車公司主要生產鋁合金缸體、缸蓋;德國寶馬汽車公司主要生產各種規格的鋁合金汽缸蓋;英國的斯坦頓公司，北愛爾蘭的Montupet公司，意大利的Franco Tosi（Casti SpA）公司，法國雪鐵龍的Charleville公司等相繼建立鋁合金實型鑄造生產線。依據文獻報道，2009年，美國的鋁合金消失模鑄件產量達到了22萬噸。

3.2我國鋁合金和鎂合金在實型鑄造的應用和發展

實型鑄造根據其造型材料可分為自硬砂實型鑄造和無粘接劑干砂實型鑄造。根據澆注條件的不同可以分為普通實型鑄造和負壓實型鑄造。自硬砂實型鑄造適合生產單個、大中型零件，負壓干砂實型鑄造（即消失模鑄造）適合中小件的批量生產。

國內鋁合金實型鑄造經歷兩大波折。上世紀末一汽集團投75萬美元進口美國引進設備和模具試制488發動機鋁合金進氣歧管， 并實現大批量生產，但因其他原因該線停產下馬。長沙發動機廠從意大利引進消失模成套設備和492鋁合金缸蓋模具，雖在意大利試澆缸蓋，質量達到要求，但在國內試產，卻出現氣孔、針孔和縮松等鑄造缺陷，并將全套設備轉讓予鞍山海天重工科技。

與此同時，溫州甌海實型鑄造有限公司自制一條年產3000 t鑄鐵線， 05年又建年產1500 t鋁合金消失模線。主要生產出口鋁合金水冷隔套排氣管、柔性光亮燈具和發動機殼罩等， 06年鋁合金鑄造產量達到200 t。07年上海特種鑄造及有色合金展覽會上，該公司展出的鋁合金水冷隔套排氣管受到專家好評，獲得鑄件金獎。

2000年福清龍泰機械有限公司自建一條年產3000t消失模鑄造生產線，主要生產出口美國的船用水冷排氣管等鑄鐵件。同時堅持開發鋁合金鑄件，曾試制出鋁合金單缸缸蓋、船用三缸缸體和四缸轎車搖臂蓋罩，積累了生產要求嚴格的鋁合金復雜件的經驗，為批量生產打下基礎。

陜西洛陽的劉氏模具是一家主要生產消失模模具的鑄造企業，該公司用自硬砂型實型鑄造生產的鋁合金消失模模具，其性能良好，模具的精度和使用壽命在國內領先。

鎂合金的實型鑄造研究還停留在大學實驗室的研究階段，華中科技大學運用實型振動鑄造技術研究了鋁合金和鎂合金的充型流動性，結果表明：在A356鋁合金和AZ91D鎂合金消失模澆注過程中進行振動，液態金屬的充型能力隨著振動頻率和振幅的增大而增大[5]。這些研究成果必將帶來鋁合金實型鑄造的發展。

4.結束語

隨著鑄造技術的不斷發展，我國的鋁合金、鎂合金實型鑄造將在技術上實現很大的突破。首先，我國已有一些大中型企業的鋁合金消失模生產線實現了機械化、自動化;其次，從各種原輔料和專用設備制造等多方面，已基本實現了國產化，正逐步走向系列化和商品化，基本能滿足國內不同企業的需求;最后，近些年來，中國實型和消失模鑄造生產已形成兩方面并舉發展的態勢，規模化、高水平與中小企業并舉發展，打破了以前實型鑄造生產以中小企業占主導地位的格局。這句表明規模化和高水平生產既是中國實型（消失模）鑄造發展的主流趨勢，又是發展方向。實踐證明，中國的實型鑄造在應用上是成功的，已走出了一條具中國特色的實型鑄造之路。

鋁、鎂合金的主要鑄造技術研究：

1）實型振動鑄造技術[5]。

該技術是實型鑄造澆注過程中，對砂箱施加一定頻率和振幅的振動，使金屬液在振動的作用下凝固。依據振動細晶強化的理論，獲得的鋁合金鑄件組織致密、晶粒細小、具有良好的綜合力學性能。

2） 實型振動負壓凝固技術[6]

該技術是將實型鑄造技術、振動、壓力凝固結晶技術相結合，其優點是提高鋁合金消失模模具鑄件的致密性和力學性能、減少鋁合金鑄件的針孔度、縮孔縮松等鑄造缺陷。

參考文獻

[1] 梁光澤，李增民，中國實型（消失模）鑄造的現狀與展望[J]實型鑄造及消失模鑄造2008，8：1072-1075

[2] 葉升平，孫之城，美國鋁合金消失模鑄造現狀及我國鋁合金消失模鑄造技術攻關建議[J].鑄造 2008，57（3） ：203-206

[3] 樊自田，蔣文明，消失模鑄造技術現狀及發展趨勢[J]鑄造，2012，6：583-591

[4] 葉升平，吳志超，北美和歐洲消尖模鑄造發展現狀[J]特種鑄造及有色合金.2004 （2）： 58-60.

[5] 趙忠，振動壓力下鋁（鎂）合金消失模鑄造組織性能研究[D].武漢.武漢科技大學.2010

[6] Li JQ，Fan ZT，Want; YQ，Dont; X P. Effects of vibration and alloying on microstructure and properties of AZ91D magnesium alloy via LFC.[J]Chinese J Non Metals，，2007 （17 ） ：1838.

樂山市科技局重點研究項目：鋁合金消失模鑄造工藝及性能研究，項目編號：A322018032（18JZD054）