关于挤压铸造研究论文

镁合金成形技术研究进展熊守美1 , 苏仕方2(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,辽宁沈阳 110022)摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204+Research Progress on Processing Technologyof Magnesium AlloysXIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Departmentof Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of ChineseMechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of greatimportance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conferencepapers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend ofresearch and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At thesame time , the prospect for magnesium applications was also : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所题 , 研究人员取得了以下进展。节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍111 压铸镁合金材料开发贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的要的意义。影响 , 并进行了实际产品的生产。在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常议论文所涉及的相关领域的研究进展。温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接1 镁合金材料研究近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·21 ·产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽强化 , 具有极佳的蠕变性能。车制造业的发展趋势〔4〕。112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究211 镁合金压铸沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸113 镁合金的铸态组织研究等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决2424了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还态成形的关键之一。可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经的实验研究。验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研212 低压铸造究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直2 镁合金成形技术研究开发接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行Jan. 2005·22 ·FOUNDRYVol154 No11的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究备的开发也展开了一系列研究工作〔9- 10〕。了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2213 半固态铸造134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较4 镁合金压铸过程数值模拟大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型技术、触变成形锻压工艺等。结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可214 挤压铸造以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求铸件的模具设计及工艺分析。的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁制等方面〔12〕。合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的了低速压射的优化工艺。思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批沈阳工业大学的研究人员〔15- 16〕采用 FLOW3D量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低模具设计成本。3 镁合金熔体保护5 结束语镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大能 , 具有重要意义。气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·23 ·研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设2004. 35 - 39〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 84 - 88参考文献:〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 103 - 108出版社 , 2004. 145 - 155〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. AZ91 与 AM50 + Nd 镁合金的低周议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 40 - 46疲劳行为〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京:〔12〕 夏云 , 里奇·杰卡斯 , 马克·亨特. 挤压铸造及其过程和质量控机械工业出版社 , 2004. 133 - 138制技术〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机〔3〕 李元东 , 郝远 , 陈体军 , 等. 镁合金的铸态组织控制工艺与机械工业出版社 , 2004. 47 - 54理〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工〔13〕 欧阳明. 从普通压铸、挤压、低压铸造机的改造认识挤压压铸业出版社 , 2004. 156 - 161技术〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械〔4〕 唐玉林 , 苏仕方 , 徐爽. 从世界压铸工业及市场发展看我国压工业出版社 , 2004. 109 - 115铸工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集. 北京: 机械工〔14〕 靳玉春 , 郭琪敏 , 许小忠 , 等. 液态镁合金气体保护方法研究业出版社 , 2004 , 1 - 10发展趋势〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 机械工〔5〕 Mamoru Murakami , Hiroyuki Omura. High vacuum die cast tech2业出版社 , 2004. 167 - 172nology and its application〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔15〕 张艳 , 吴伟 , 等. 镁合金压铸充型过程的优化〔A〕. 第四届中〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 16 - 20国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004.〔6〕 于宝义 , 王峰 , 刘正 , 等. 压铸镁合金轮毂缺陷分析与解决措25 - 30施〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工〔16〕 洪成淼 , 申健 , 等. 镁合金压铸件缺陷的计算及模拟仿真分析业出版社 , 2004. 173 - 179〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔7〕 熊守美. 镁合金压铸成形技术研究进展〔R〕. 第四届中国国际出版社 , 2004. 226 - 230压铸会议学术报告 , 2004〔8〕 侯击波 , 霍立兴 , 程军. 电磁泵低压铸造控制系统研究〔A〕. 第(编辑 : 曲学良 , qxl @foundryworld1com)

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势摘要：综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题，在此基础上展望了该复合材料的发展前景。关键词：SiCp /Al 复合材料； 制备方法中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2011)12-0092-05Research Status and Development Trend of SiCP/Al CompositeZHENG Xijun, MI Guofa(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite wasintroduced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Alcomposite was analyzed and the development prospect of the composite was put words：SiCp /Al composite; preparation methods收稿日期:2010-11-20作者简介:郑喜军(1982- ),男,河南西平人,硕士研究生,研究方向为材料加工工程;电话:;E-mail:《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术应用进行了广泛的关注和研究，从材料的制备工艺、组织结构、力学行为及断裂韧性等方面做了许多基础性的工作， 取得了显著的成绩。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC 来源于工业磨料，可成百吨的生产，价格便宜，SiC 颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料， 其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20 年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景[5-7]。在1986 年，美国DuralAluminumComposites 公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金的新技术， 实现了铸造铝基复合材料的大规模生产， 以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件[8-9]。美国Duralcan 公司在加拿大己建成年产11340 t 的SiC/Al 复合材料型材、棒材、铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan 公司生产的20%SiCp /A356Al 复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%、弹性模量提高30%、热膨胀系数减小29%、耐磨性提高3～4倍。美国DWA 公司生产的碳化硅增强复合材料随碳化硅含量的增加，只有伸长率下降的，其他性能都得到了很大提高。到目前为止，SiCp/Al 复合材料被成功用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大经济效益。表1 列举了一些SiCp/Al 复合材料的力学性能。目前国内从事研制与开发碳化硅颗粒增强铝复合材料工作的科研院所与高校主要有北京航空材料研究院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学等。哈尔滨工业大学研制的SiCw/Al 用于某卫星天线丝杆，北京航空材料研究院研制的SiCp/Al 用于某卫星遥感器定标装置[10-11]。国内到目前为止还没有出现高质量高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料， 虽然部分性能已达到国外产品的指标， 但在产品的尺寸精度上还存在不小的差距，另外制造成本太高，离工业化生产还有一段距离要走。2 铝基复合材料的性能特征(1)高比强度、比模量由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量， 特别是高性能连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，他们具有很高的强度和模量[1]。(2)良好的高温性能，使用温度范围大增强纤维、晶须、颗粒主要是无机物，在高温下具有很好的高温强度和模量， 因此金属基复合材料比基体金属有更高的高温性能。特别是连续纤维增强金属基基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。(3)良好的导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积百分数， 一般在60%以上，因此仍保持金属的良好的导热、导电性能。(4)良好的耐磨性金属基复合材料，特别是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是由于在基体中加入了大量细小的陶瓷颗粒增强物，陶瓷颗粒硬度高、耐磨、化学性能稳定，用它们来增强金属不仅提高了材料的强度和刚度，也提高了复合材料的硬度和耐磨性。(5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强相碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，特别是超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数， 加入相当含量的此类增强物可降低材料膨胀系数， 从而得到热膨胀系数小于基体金属、尺寸稳定性好的金属基复合材料。(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料抗疲劳性和断裂韧性的因素主要有增强物与复合体系制备工艺增强体含量(vol,%)拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 粉末冶金20 552 103 粉末冶金20 496 103 粉末冶金20 724 103 粉末冶金40 441 125 粉末冶金15 689 97 搅拌铸造20 350 98 无压浸渗30 382 125 表1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1] Mechanical properties of aluminum matrixcomposite reinforced by SiC particle93Hot Working Technology 2011, , 材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月金属基体的界面结合状态、金属基体与增强物本身的特性以及增强物在基体中的分布等。特别是界面结合强度适中，可以有效传递载荷，又能阻止裂纹扩展，从而提高材料的断裂韧性。(7)不吸潮、不老化、气密性好与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，在空间使用不会分解出低分子物质而污染仪器和环境，有明显的优势。(8)较好的二次加工性能可利用传统的热挤压、锻压等加工工艺及设备实现金属基复合材料的二次加工。由于铝基复合材料不但具有金属的塑性和韧性，而且还具有高比强度、比模量、对疲劳和蠕变的抗力大、耐热性好等优异的综合性能。尤其在最近20 年以来， 铝基复合材料获得了惊人的发展速度，表2 列举了一些铝基复合材料的力学性能。3 主要应用领域 在航空航天及军事领域的应用美国ACMC 公司和亚利桑那大学光学研究中心合作，研制成超轻量化空间望远镜和反射镜，该望远镜的主镜直径为，仅重。ACMC 公司用粉末冶金法制造的碳化硅颗粒增强铝基复合材料还用于激光反射镜、卫星太阳反射镜、空间遥感器中扫描用高速摆镜等；美国用高体积分数的SiCp/Al代替铍材，用于惯性环形激光陀螺仪制导系统、三叉戟导弹的惯性导向球及管型测量单元的检查口盖，成本比铍材降低2/3；20 世纪80 年代美国洛克希德.马丁公司将DWA 公司生产的25%SiCp /6061Al 用作飞机上承载电子设备的支架，其比刚度比7075 铝合金约高65%；美国将SiCp/6092Al 用于F-16 战斗机的腹鳍， 代替原有的2214 铝合金蒙皮， 刚度提高50%，寿命从几百小时提高到8000 小时左右，寿命提高17 倍，可大幅度降低检修次数，提高飞机的机动性，还可用于F-16 的导弹发射轨道；英国航天金属及复合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法研制出高刚度﹑ 耐疲劳的SiCp/2009Al， 成功用于Eurocopter 公司生产的N4 及EC-120 新型直升机[12]；采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al 作为印刷电路板芯板用于F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电元件、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上， 以代替包铜的钼及包铜的锻钢，可使质量减轻70%，同时降低了电子模板的工作温度；SiCp/Al 印刷电路板芯板已用于地轨道全球移动卫星通信系统； 作为电子封装材料，还可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探测器等航天器上。美国采用高体积分数SiCp /Al 代替Cu-W 封装合金作为电源模块散热器，已用于EV1 型电动轿车和S10 轻型卡车上；美国将氧化反应浸渗法制备的SiC-Al2O3/Al 作为附加装甲，用于“沙漠风暴”地面进攻的装甲车；美国GardenGrove 光学器材公司用SiCp/Al 制备Leopardl 坦克火控系统瞄准镜。 在汽车工业中的应用由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp /Al 活塞已用于摩托车及小型汽车发动机；自20 世纪90 年代以来， 福特和丰田汽车公司开始采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 来制作刹车盘；美国Lanxide 公司生产的SiCp/Al 汽车刹车片于1996年投入批量生产[13]；德国已将该材料制作的刹车盘成功应用于时速为160km/h 的高速列车上。整体采用锻造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生产的一级方程式赛车。 在运动器械上的应用BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行车框架已在Raleigh 赛车上使用；SiCp /Al 复合材料可应用于自行车链轮、高尔夫球头和网球拍等高级体育用品；在医疗上用于假体的制造。4 制备及成型方法一般来说， 根据铝基体状态的不同，SiCp/Al 的制备方法大致可分为固态法和液态法两类。目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。 粉末冶金法粉末冶金法又称固态金属扩散法，该方法由于克增强相/ 基体增强相含量拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiC/Al-4Cu 15 476 92 /ZL101 20 375 101 /ZL101A 20 330 100 /6061 25 517 114 /2124 25 565 114 / 20 226 95 /Al 26 387 112 -表2 金属基复合材料的力学性能[1] Mechanical properties of metal matrix composite[1]94《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术服了碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al 的制备方法之一。具体制备SiCp/Al 的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为：碳化硅粉末与铝合金粉末混合一冷模压(或冷等静压)一真空除气一热压烧结(或热等静压)一热机械加工(热挤、轧、锻)。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉末和铝合金粉末可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低，基本上不存在界面反应、质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易均匀混合，容易出现较多孔隙，要进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除；所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制，粉末冶金技术工艺程序复杂，烧结须在在密封、真空或保护气氛下进行， 制备周期长， 降低成本的可能性小，因此制约了粉末冶金法的大规模应用。 喷射沉积法喷射沉积法是1969 年由Swansea 大学Singer教授首先提出[14]，并由Ospray 金属有限公司发展成工业生产规模的制造技术。该方法的基本原理是：对铝合金基体进行雾化的同时，加入SiC 增强体颗粒，使二者共同沉积在水冷衬板上， 凝固得到铝基复合材料。该工艺的优点是增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，可消除颗粒偏析等不良组织， 组织具有快速凝固特征；工艺流程短、工序简单、效率高，有利于实现工业化生产。缺点是设备昂贵，所制备的材料由于孔隙率高而质量差必须进行二次加工， 一般仅能制成铸锭或平板； 大量增强颗粒在喷射过程中未能与雾化的合金液滴复合， 造成原材料损失大， 工艺控制较复杂，增强体颗粒利用率低、沉积速度较慢、成本较高。 搅拌铸造法搅拌铸造法的基本原理[15-17]：依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的负压抽吸作用， 将增强体颗粒吸入基体合金液体中。具体工艺路线：将颗粒增强体加入到基体金属熔液中， 通过一定方式的搅拌与一定的搅拌速度使增强体颗粒均匀地分散在金属熔体中，以达到相互混合均匀与浸润的目的，复合成颗粒增强金属基复合材料熔体。然后可浇铸成锭坯、铸件等使用。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。缺点是：加入的增强体颗粒粒度不能太小， 否则与基体金属液的浸润性差， 不易进入金属液或在金属液中容易团聚和聚集；普遍存在界面反应，强烈的搅拌容易造成金属液氧化，大量吸气及夹杂物混入，颗粒加入量也受到一定限制，只能制成铸锭，需要二次加工。 挤压铸造法挤压铸造法是首先把SiC 颗粒用适当的粘结剂粘结，制成预制块放入浇注模型中，预热到一定的温度，然后浇入基体金属液，立即加压，使熔融的金属熔液浸渗到预制块中，最后去压、冷却凝固形成SiCp/Al。该方法的优点是：设备较简单且投资少，工艺简单且稳定性较好，生产周期短，易于工业化生产，能实现近无余量成型，增强体体积分数较高，基本无界面反应。缺点是容易出现气体或夹杂物，缺陷比较多，需增强颗粒需预先制成预成型体， 预成型体对产品质量影响大，模具造价高，而且复杂零件的生产比较困难。5 SiCp /Al 复合材料发展的建议与对策SiCp /Al 复合材料作为一种新的结构材料有着广阔的发展前景, 但要实现产业化还需做大量的研究工作。除了要对SiCp/Al 复合材料的制备工艺、界面结合状态、增强机制等方面的内容做进一步研究，其相关领域的研究及发展也应给予重视。 现有制备工艺进一步完善和新工艺的开发现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产且尚处于实验室研究阶段[18]。SiC 颗粒存在于铝液中，使金属液粘度提高，流动性降低，铸造时充填性变差，当颗粒含量增加至20%或在较低温度(<730℃)时，流动性急剧降低以致于无法正常浇注。另外，SiC颗粒具有较大的表面积， 表面能较大，易吸附气体并带入金属液中，而金属液粘度大也易卷入气体并难以排出，产生气孔缺陷。因此，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务。 后续加工工艺的研究金属基复合材料的切削加工、焊接、热处理等后续加工工艺的研究较少，成为限制其应用的瓶颈。高强度、高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为难加工材料[18-19]，而由于增强体与基体合金的热膨胀系数差异大引起位错密度的提高， 也使金属基复合95Hot Working Technology 2011, , 材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月材料的时效行为与基体合金有所不同[20]。另外，增强体影响焊接熔池的粘度和流动性， 并与基体金属发生化学反应限制了焊接速度， 给金属基复合材料的焊接造成了极大困难。因此， 解决可焊性差的问题也成为进一步研究的主要方向。 环境性能方面的改善金属基复合材料的环境性能方面的研究， 即如何解决金属基复合材料与环境的适应性， 实现其废料的再生循环利用也引起了一些学者的重视， 这个问题关系到有效利用资源，实现社会可持续发展，因此， 关于环境性能方面的研究将是该领域今后研究的热点。由于铝基复合材料是由两种或两种以上组织结构、物理及化学性质不同的物质结合在一起形成一类新的多相材料， 其回收再利用的技术难度要比传统的单一材料大得多。随着铝基复合材料的批量应用，必然面临废料回收的问题，通过对复合材料的回收再利用， 不但可减少废料对环境的污染还可减低铝基复合材料的制备成本、降低价格，增加与其他材料的竞争力，有利于促进自身的发展。文献[21]配制了混合盐溶剂， 采用熔融盐法成功地分离出颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，研究结果表明，利用该技术处理颗粒增强铝基复合材料， 其回收利用率可达85%。6 结语与铝合金基体相比， 铝基复合材料具有更高的使用温度、模量和强度，热稳定性增加及更好的耐磨损性能，它的应用将越来越广泛。然而，在目前的研究中仍然存在许多疑问和有待解决的问题， 例如怎样去克服铝基复合材料突出的界面问题， 并且力求研究结果有助于改善生产应用问题； 在制备过程前后， 怎样通过热处理手段来改善成品的各方面性能；如何利用由于热失配造成的内、外应力使材料服役于各种环境。此外，原位反应中仍不免其他副反应夹杂物存在， 同时对增强体的体积分数也难以精确控制，这些都是亟待研究解决的问题。参考文献：[1] 于化顺．金属基复合材料及其制备技术[M]．北京：化学工业出版社，2006．241．[2] 吴人洁．复合材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．[3] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．[4] 毛天祥．复合材料的现状与发展[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000．[5] 赫尔(Hull， D)．复合材料导论[M]．北京：中国建设工业出版社，1989．[6] 尹洪峰，任耘，罗发．复合材料及其应用[M]．陕西：陕西科学技术出版社，2003．[7] 汤佩钊．复合材料及其应用技术[M]．重庆：重庆大学出版社，1998．[8] 张守魁，王丹虹．搅拌铸造制备颗粒增强复合材料[J]．兵器材料科学与工程，1997，20(6)：35-391．[9] 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给你一篇看看做参考，我有部分论文，也有自己写的。 漫谈湿砂型铸件表面缺陷 与其它铸造方法相比，湿型铸件是较容易产生粘砂、砂孔、夹砂、气孔等缺陷的。如果铸造工厂注意控制湿型砂的品质，这些缺陷本来是有可能减少或避免。以下用实例说明型砂性能与铸件表面缺陷的关系。 一．粘砂 研究工作表明，一般湿砂型铸件，不论铸钢还是铸铁，粘砂缺陷都是属于机械粘砂，而不是化学粘砂。机械粘砂的产生原因有多种，最多见的如下的实例： 1．砂粒太粗和透气性过高，金属液容易钻入砂粒间孔隙，使铸件表面粗糙，或将砂粒包裹固定在表面上。江苏某外资工厂的铸铁旧砂中不断混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透气性达到220以上，铸件表面极为粗糙。内蒙某工厂铸钢车间的气动微震造型机生产中、小铸件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，铸件表面产生严重粘砂。平时不检测型砂透气性，认为已经符合工艺规程规定的≥80。为了找到粘砂原因而专门检测一次，发现透气性居然高达1070左右，表明这就是产生粘砂的原因。因此型砂透气性必须有上限，型砂粒度粗细和透气性应当处于适宜范围内。一般震压机器造型单一砂最适宜的型砂粒度大多为70/140目，透气性大致为70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透气性为80~140。有些生产发动机的铸造厂大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂时不断混入旧砂中，使型砂透气性可能达到180以上，就应加入100/140目细砂，或将旋流分离器中的细颗粒部分返回到旧砂中，以便纠正型砂粒度。 2．铸铁型砂中煤粉含量不足或煤粉品质不良。北京某铸造厂生产高速列车刹车盘，铸件材质符合要求，而表面有严重粘砂，需整体打磨后才能交货。型砂中所用煤粉来自郊区一家关系密切的私营小供应商。粘砂的产生原因可能是煤粉品质太差，还可能是型砂中有效煤粉量也不足够。安徽某阀门总厂使用的“煤粉”是生产焦炭洗选下来的废料，灰分高达76%。使用后整个型砂性能遭破坏，铸件废品超过一半。铸造工厂应该对购入的煤粉品质加强检验。优质煤粉要求灰分≤10%，挥发分30~37%，焦渣特征4~5级。型砂的有效煤粉含量可以用发气量进行检测。中小灰铁铸件震压造型应用普通煤粉的的型砂每1g的发气量大约在22~26mL，折合普通品质有效煤粉量约为6~7％，或优质煤粉5~6％，或增效煤粉4~5％。高紧实度造型用型砂发气量大体在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我国一些外资铸造工厂大多用灼减量（LOI）估计铸铁用湿型砂抗粘砂性能。例如江苏一汽车铸件厂的静压造型线规定面砂的灼减量为±。国内有多家造型材料公司供应各种“煤粉代用品”。铸造厂应先进行浇注试验，与优质煤粉或增效煤粉比较铸件表面效果、型砂性能变化以及铸件生产成本，然后确定是否选用。 二．砂孔 铸件表面的砂孔和渣孔通常合称为“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂当做聚渣剂形成的。关于砂孔的形成原因如以下几个实例： 1．天津某合资铸造厂手工造型生产电机壳等中、小灰铁铸件。主要缺陷是整个铸件上表面都可看到弥散分布的砂粒。分析这种砂孔形成原因是冲砂，是浇注系统和型腔被铁液冲蚀而掉落的零散砂粒漂浮在液面上形成的。该厂平常并不控制型砂品质，据云以前曾检测湿压强度只有25kPa。手工造型用型砂湿压强度最好在70~80kPa左右，震压机器造型应90～120kPa。如果是高密度造型，型砂湿压强度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。为了提高型砂的湿压强度，应避免使用劣质膨润土，膨润土吸蓝量最好在35mL以上。型砂还需要含有足够的有效膨润土，例如高密度造型的型砂5g吸蓝量大多在55~65mL。折合优质有效膨润土量6~7%。 2．山东某铸造工厂只有一台震压造型机，上班后先造下型铺满地面和下芯。半天以后更换模板制造上型和扣箱合型，准备浇铸。铸件经常出现砂孔等缺陷。其原因是湿砂型表面脱水干燥后表面强度急剧下降，表面砂粒很容易被冲蚀落入铁液中。天气干燥季节中“风干”现象更加严重。湿型砂下箱敞开时间最好不超过半小时。如果发觉砂型表面有干燥脱水的迹象，合型前应用喷雾器向砂型表面喷水使恢复潮湿状态。天津某日资汽车发动机厂过去曾用进口表面强化剂喷涂型腔表面，现也改用喷水。 3．四川某汽车件铸造厂使用静压造型机流水线生产汽缸体和汽缸盖，铸件表面都有多少不等的砂孔。该厂型砂采用本省品质不高的膨润土和煤粉，未对旧砂进行经常性除尘处理，致使旧砂中含泥量有时升高达到24％。为了保持型砂含水量％左右以防止产生气孔缺陷，不得不将型砂紧实率压低在27～32％范围内。型砂的湿压强度并不低，在170～210kPa，不是产生砂孔的原因。由于型砂的灰分过高和紧实率很低，影响韧性不足，破碎指数只有65～75％左右。这种型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和边缘容易破碎，因而引起砂孔缺陷。该厂应当改用优质膨润土和煤粉；还应使用旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超过13%；将型砂破碎指数控制为80～85％。在造型处的型砂紧实率提高为35～38％，含水量为，使(紧实率)/(含水量)的比例在10~12的范围内。这样就能提高型砂韧性和减少砂孔缺陷。上海、北京、哈尔滨有几家工厂在砂子中加入少量α-淀粉用来改善型砂韧性，降低起模摩擦阻力，增强表面风干强度。对防止砂孔缺陷和改善铸件表面光洁程度都有益处。 4．河南某拖拉机厂的发动机铸造分厂由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂变脆，起模性能越来越差。不但砂型边棱易碎，而且吊砂易断。根据工厂规定，碾轮混砂机的周期时间只有3min，不能加长混砂时间以免影响造型机用砂需要。后来尽最大努力使混砂周期延长了1min，发现型砂的手感起了变化，起模性也有了改善。这说明原来的混砂时间太短，不能混制出优良的型砂性能。 三．夹砂（结疤、起皮） 自从国内有多家公司供应优质活化膨润土以来，湿型铸件表面夹砂缺陷已大为减少。但是个别湿型铸造工厂还会意外地产生夹砂缺陷。 1．江西一家小型汽车修配厂希望用湿型生产摩托车发动机铝铸件。开始时曾借来两只牛皮纸袋的仇山“陶土”供混砂使用。后来又到物资部门购买了两只麻袋包装的陶土。但是发现新购来陶土的型砂粘结力很低，砂型在火炉旁烘烤后开裂起皮,浇注铸件出现严重夹砂缺陷。当时用极为简陋的条件检查两种粘土的泥浆是否能用碱活化变稠。证明麻袋中不是膨润土而是真正陶土，不可用于湿型铸造。出现问题的原因是当初地质部门将呈微弱酸性的钙基膨润土称为“酸性陶土”。而很多铸造工厂又将“酸性陶土”简称为“陶土”。结果把以蒙脱石为主要矿物成分的膨润土与以高岺石为主要矿物成分的真正陶土（即普通粘土）混淆在一起。真正的陶土主要用来烧制陶瓷，不适合湿型铸造使用。铸造工厂也可以用吸蓝量来鉴别两种不同的粘土矿物，膨润土吸附亚甲基蓝在25~45mL，而普通粘土吸蓝量只有膨润土的十分之一。 2．水质的影响：天津的一家台资铸造工厂，使用挤压造型机生产出口铸铁煎锅。用优质活化膨润土混砂，型砂的湿压强度200～250kPa，紧实率35～38％，含水量3％左右。但是后来铸件靠近内浇道处产生夹砂缺陷，怀疑混砂所用井水有问题。该厂原来混砂用深井水的井管被堵塞。老板为了节约，打了一口20m浅井供混砂加水之用。工人发现这口井的水咸不能喝，洗手搓肥皂也不起泡沫。经化验这种浅井水中含有大量钠、镁、氯离子，对活化膨润土有强烈的反活化作用，用来混砂生产铸件容易产生夹砂缺陷。从邻近工厂引来饮用水混砂后，仍不能完全消除原来水质的影响。江苏有一家挤压造型生产冰箱压缩机铸件工厂，使用流经工厂外面小河中的河水混砂，适逢河水上游有化工厂向水中排废水而引起铸件产生夹砂缺陷，其原因也是由于废水的反活化效应。如果怀疑水质是否适合混砂，可以取2g或3g膨润土分别用纯净水和待试水测定膨润值，或膨胀倍数和自由膨胀量，如果待试水的测试结果比纯净水低很多，就表明待试水的品质不可用。 四. 气孔 铸件的气孔缺陷主要有裹携气孔、侵入气孔、析出气孔和反应气孔四个类型。以下举例说明工厂中常见气孔的生成原因和防止措施。 1．鉴别气孔的类型和生成原因都是不容易的。根据生产经验，提高浇注温度30~50℃经常可以减少任何类型气孔缺陷的发生。应当注意每包铁液浇注最后一两个砂型的温度，因为这时包中铁液温度已然下降而容易产生气孔缺陷。天津某台资铸造厂生产工业缝纫机壳体，每台铁液本可以浇注7个砂型，但是只浇5个砂型。剩在包中铁液倒回电炉中，然后再重新接一满包铁液去浇注砂型，就是为了保持浇注温度，减少气孔缺陷。 2．北京某日资工厂曾发现一个有气孔缺陷的铸件，锯开后看到气孔呈一个个连续上浮状态。估计在产生气孔的界面上背压力超过了铁液的静压力引起侵入气孔，但已无法判断气源是何物。有的工厂将旧砂堆当做垃圾堆，香烟头、冰棍捧、废纸团、瓜籽皮……扔到旧砂，混入型砂中都可能形成气孔缺陷。有些外资铸造工厂严格禁止在厂区中吸烟也是预防气孔的有效措施之一。 3．山东某厂生产中等大小出口阀门铸铁件，用震击造型机造型，冷芯盒制砂芯。该厂采取两天连续造型和下芯、合型，每隔一天冲天炉开炉浇注一次。所生产铸件气孔废品率极高。分析其原因是砂芯吸潮发气进入铁液中造成的侵入气孔。冷芯盒砂芯长时间放置在相对湿度极高的砂型中很容易吸潮。浇注时不仅粘结剂发气，而且砂芯吸收的水分也发出大量水汽，因而容易产生气孔缺陷。应当将隔日开炉攺为每日开炉，或者造型后先合空型，待开炉日再开箱下芯、合箱浇注。既可以防止砂芯吸潮，又可以减少砂型风干脱水，使气孔缺陷大为减少。多开出气冒口，增大排气能力。适当提高浇注速度，迅速建立静压力抵制界面气体侵入，也对防止侵入气孔有好处。 4．从河南、山东、辽宁、吉林…等发动机铸造工厂的气孔缺陷生成情况来看，所遇到的气孔仍多属于砂芯发生气体的侵入气孔缺陷，很少是析出性的氮针孔。因为所用砂芯的粘结剂都改为含氮量较低的树脂，而且必要时在芯砂中和涂料中加入适当的氧化铁。因此首先应当加强砂芯的排气能力。砂芯中间应开通畅的排气孔。对于厚大断面砂芯可以抽成空心或分半挖成网格形内腔而后粘合。树脂自硬砂芯最常用的排气办法是使用尼龙编织管，制芯时可以方便地沿砂芯的任意形状预埋在砂芯中。热芯盒、冷芯盒和壳芯都是整体射制的，不能预埋排气管路，可以安放通气针或棒，在取芯之前或之后抽出。但是更多的是在砂芯硬化后用硬质合金钻头从芯头钻孔帮助排气。例如山西某液压件厂生产形状极为复杂的液压阀，将壳芯所有芯头都角钻头钻盲孔帮助排气。西班牙有一家生产小轿车的铸造工厂，制出气缸盖的水套砂芯用专门多头钻床自下向上地将水套砂芯的各个冷却水通道芯头同时钻出盲孔。较大砂芯下芯时，如果芯头与芯座的间隙过大，会出现铁液钻入砂芯通气孔现象。应当用耐火纤维毡垫、泥条、石棉绳等密封材料围封砂芯芯头。还要注意高温快浇，迅速建立起铁水压力超过发气点背压力使气体不能钻入铁液中成为气泡。即使气体已经钻入铁液中，也能漂浮和随着铁液进入排气冒口排出。另外，采用低发气量粘结剂对防止气孔缺陷是必要的，例如北京某工厂生产英国的煤气炉燃烧圈只有一个芯头，排气困难，就尽量将壳芯的发气量控制在12mL/g以下，而且高温快速浇注。 5．山西某厂使用挤压造型机生产灰铸铁曲轴，在铸件表面和皮下形成宻集的小气孔。一般为直径1～3mm的小孔，大多存在于表皮内1~3mm处，抛丸清理或粗加工时露出。此工厂不用树脂砂芯，不会产生氮气孔，缺陷应当属于反应气孔。即金属液与铸型在界面处发生化学反应，产生的气体溶解在金属液中。冷却时溶解度降低析出成气泡。铸件材质为灰铁，也排除掉铁液中镁或稀土与砂型中水分引起反应。怀疑是炉料和孕育剂有可能将铝、钛带入铁液中。因为铝、钛与水反应放出极易溶入铁液层中的原子态[H]。该层凝固时氢的溶解度降低而以分子态气相析出和长大成氢气泡。由该厂硅铁孕育剂的分析报告中看到含铝量达到，可能是产生皮下气孔的主要原因。硅铁孕育剂的含铝量最好为左右，最多不可超过％。对于随流孕育用硅铁，不但要控制较低的含铝量，而且要限制加入量一般不超过％。为了防止铝、钛等元素与水的反应，挤压造型的型砂含水量也必须控制在不高于4%。 6．球墨铸铁的铁液浇注入湿砂型后，残留镁同水分子中氧强烈反应而产生原子态[H]，是产生皮下气孔缺陷的主要原因。必须采取冶炼和工艺两方面的措施才能防止反应气孔的产生。河北某球墨铸铁工厂是生产载重汽车离合器压盘等球墨铸铁件的专业厂，铸件无皮下气孔。从该厂冶炼角度来分析其避免气孔的原因是各项指标都未超出常规范围。例如使用优质铸造焦，冲天炉出炉温度在1480℃以上，球化处理包的内腔深度为直径的倍，浇包和型腔表面抖冰晶石粉，铁水含硫，残留镁量为。但是从工艺角度来分析：面砂含水量高达，远远超过通常认为的最多不可超过。分析其不出气孔的原因可能是：（1）型砂加入了大量煤粉，灼减量高达。超过通常的4~5%。未测型砂发气量，估计在35mL/5g以上。浇注后露出的铸件表面呈现深蓝色，表明浇注时型腔中为大量强烈还原性气氛，将型腔中水汽冲淡。（2）砂型透气性100，并扎有大量排气孔，浇注生成的水汽大部分排出型腔以外，减少了可能参与反应的水汽。（3）面砂含水量虽然相当高，但含泥量高达21%。因此测得紧实率只有36%左右，说明型砂并不潮湿。可能泥分吸收了大量水分，减缓了化学反应的速度。因此可以设想产生反应气孔缺陷主要取决于紧实率（即型砂干湿程度），而不是含水量。 五. 讨论 1．获得优质型砂的条件首先是选用优质原材料，也还需要应用优良的混砂过程。一些技术管理比较严格的湿型砂铸造工厂要求在每班结束前将混砂机中的砂子完全清除干净。美国主要的湿型铸造厂大多要求混砂机刮板与底盘的距离为一个硬币厚度。日本几家使用碾轮式混砂机的汽车件铸造工厂的混砂周期都是6min。但是我国有的铸造厂的混砂机碾盘中和碾轮上的砂子都长期不清理，刮板磨损也不调整，碾轮混砂时间最多3min。这怎样能够混制出优良品质的型砂呢？ 2．型砂品质表现在于性能如何，加强型砂性能的检测和控制才能制备出优等型砂。江苏某日资汽车件铸造工厂静压造型线用面砂的日常检测项目有二十余种，还未包括背砂和原材料的检测项目在内。我国有的铸造工厂的型砂实验室中仪器设备简陋，湿型砂性能的日常检测项目可能只有三、四种。怎能根据测得结果说明铸件表面缺陷产生原因呢？又怎能用来降低铸件废品率呢？

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