鋁鎂合金在實(shí)型鑄造中的應(yīng)用與發(fā)展

席紅梅 程精濤

摘 要：實(shí)型鑄造在我國(guó)已有近50年的發(fā)展歷程，是鑄造行業(yè)中一項(xiàng)取得飛快發(fā)展的鑄造技術(shù)。鋁合金和鎂合金作為輕質(zhì)金屬，具有比黑色金屬更為優(yōu)越的性能，所以鋁合金和鎂合金在實(shí)型鑄造技術(shù)中的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，本文主要介紹目前鋁合金和鎂合金在實(shí)型鑄造應(yīng)用中的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：實(shí)型鑄造;鋁合金;鎂合金;應(yīng)用;發(fā)展

1 引言

實(shí)型鑄造是由美國(guó)人H.F.斯洛依1956年發(fā)明用于金屬雕像等藝術(shù)鑄件的生產(chǎn)方式 [1]。1962年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，并在美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利、日本等先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家形成多條高度機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)線。這項(xiàng)鑄造技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)越性在鑄造行業(yè)中占據(jù)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(xué)性能。鋁是地球上儲(chǔ)存量最多的金屬元素，我國(guó)每年的鋁產(chǎn)量居世界之首，鑄造使用量達(dá)25%。鎂的儲(chǔ)存量也很豐富，鎂是目前發(fā)現(xiàn)最輕的金屬材料。兩種材料的合金主要用于航空、航天領(lǐng)域，但隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，在更多的領(lǐng)域也有應(yīng)用。

2.實(shí)型鑄造概述

實(shí)型鑄造是采用塑料模樣代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(lái)塑料模所占據(jù)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(shí)型鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新工藝和新技術(shù)，是實(shí)型鑄造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新層次。

我國(guó)于上世紀(jì)中葉對(duì)實(shí)型鑄造技術(shù)進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)70年研究，給國(guó)內(nèi)的鑄造企業(yè)帶來(lái)了技術(shù)支持，并在企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用中得到了提升，但是與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有相當(dāng)?shù)牟罹?。依?jù)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)近些年的不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)實(shí)型鑄造年產(chǎn)千噸的企業(yè)有200多家。但鋁合金、鎂合金實(shí)型鑄造企業(yè)卻是鳳毛麟角。根據(jù)2007-2011年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)型鑄造鑄件由64.8萬(wàn)噸達(dá)到了150余萬(wàn)噸，產(chǎn)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(chē)、航天等工業(yè)。所以在未來(lái)，鋁合金、鎂合金的實(shí)型鑄造發(fā)展將迎來(lái)很大的上升空間。

3.鋁合金和鎂合金在實(shí)型鑄造的應(yīng)用和發(fā)展

3.1國(guó)外鋁合金和鎂合金在實(shí)型鑄造中的應(yīng)用和發(fā)展

美國(guó)是較早將實(shí)型鑄造應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家之一，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，美國(guó)的實(shí)型鑄造已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)型鑄造的新階段——消失模鑄造技術(shù)的應(yīng)用階段，并且已經(jīng)進(jìn)入快速增長(zhǎng)后的成熟期。

在國(guó)外，鋁合金的大規(guī)模研究在二十世紀(jì)八九十年代，尤其在美國(guó)、德國(guó)的汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的 [3] [4]。

從1985至2009年，對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)行鑄造生產(chǎn)線的產(chǎn)量和產(chǎn)品調(diào)查發(fā)現(xiàn)，美國(guó)通用汽車(chē)公司主要生產(chǎn)鋁合金缸體、缸蓋;德國(guó)寶馬汽車(chē)公司主要生產(chǎn)各種規(guī)格的鋁合金汽缸蓋;英國(guó)的斯坦頓公司，北愛(ài)爾蘭的Montupet公司，意大利的Franco Tosi（Casti SpA）公司，法國(guó)雪鐵龍的Charleville公司等相繼建立鋁合金實(shí)型鑄造生產(chǎn)線。依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，2009年，美國(guó)的鋁合金消失模鑄件產(chǎn)量達(dá)到了22萬(wàn)噸。

3.2我國(guó)鋁合金和鎂合金在實(shí)型鑄造的應(yīng)用和發(fā)展

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

國(guó)內(nèi)鋁合金實(shí)型鑄造經(jīng)歷兩大波折。上世紀(jì)末一汽集團(tuán)投75萬(wàn)美元進(jìn)口美國(guó)引進(jìn)設(shè)備和模具試制488發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金進(jìn)氣歧管， 并實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，但因其他原因該線停產(chǎn)下馬。長(zhǎng)沙發(fā)動(dòng)機(jī)廠從意大利引進(jìn)消失模成套設(shè)備和492鋁合金缸蓋模具，雖在意大利試澆缸蓋，質(zhì)量達(dá)到要求，但在國(guó)內(nèi)試產(chǎn)，卻出現(xiàn)氣孔、針孔和縮松等鑄造缺陷，并將全套設(shè)備轉(zhuǎn)讓予鞍山海天重工科技。

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

2000年福清龍?zhí)C(jī)械有限公司自建一條年產(chǎn)3000t消失模鑄造生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)出口美國(guó)的船用水冷排氣管等鑄鐵件。同時(shí)堅(jiān)持開(kāi)發(fā)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(chē)搖臂蓋罩，積累了生產(chǎn)要求嚴(yán)格的鋁合金復(fù)雜件的經(jīng)驗(yàn)，為批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

陜西洛陽(yáng)的劉氏模具是一家主要生產(chǎn)消失模模具的鑄造企業(yè)，該公司用自硬砂型實(shí)型鑄造生產(chǎn)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

鎂合金的實(shí)型鑄造研究還停留在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究階段，華中科技大學(xué)運(yùn)用實(shí)型振動(dòng)鑄造技術(shù)研究了鋁合金和鎂合金的充型流動(dòng)性，結(jié)果表明：在A356鋁合金和AZ91D鎂合金消失模澆注過(guò)程中進(jìn)行振動(dòng)，液態(tài)金屬的充型能力隨著振動(dòng)頻率和振幅的增大而增大[5]。這些研究成果必將帶來(lái)鋁合金實(shí)型鑄造的發(fā)展。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的鋁合金、鎂合金實(shí)型鑄造將在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)很大的突破。首先，我國(guó)已有一些大中型企業(yè)的鋁合金消失模生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化;其次，從各種原輔料和專用設(shè)備制造等多方面，已基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，正逐步走向系列化和商品化，基本能滿足國(guó)內(nèi)不同企業(yè)的需求;最后，近些年來(lái)，中國(guó)實(shí)型和消失模鑄造生產(chǎn)已形成兩方面并舉發(fā)展的態(tài)勢(shì)，規(guī)?；?、高水平與中小企業(yè)并舉發(fā)展，打破了以前實(shí)型鑄造生產(chǎn)以中小企業(yè)占主導(dǎo)地位的格局。這句表明規(guī)模化和高水平生產(chǎn)既是中國(guó)實(shí)型（消失模）鑄造發(fā)展的主流趨勢(shì)，又是發(fā)展方向。實(shí)踐證明，中國(guó)的實(shí)型鑄造在應(yīng)用上是成功的，已走出了一條具中國(guó)特色的實(shí)型鑄造之路。

鋁、鎂合金的主要鑄造技術(shù)研究：

1）實(shí)型振動(dòng)鑄造技術(shù)[5]。

該技術(shù)是實(shí)型鑄造澆注過(guò)程中，對(duì)砂箱施加一定頻率和振幅的振動(dòng)，使金屬液在振動(dòng)的作用下凝固。依據(jù)振動(dòng)細(xì)晶強(qiáng)化的理論，獲得的鋁合金鑄件組織致密、晶粒細(xì)小、具有良好的綜合力學(xué)性能。

2） 實(shí)型振動(dòng)負(fù)壓凝固技術(shù)[6]

該技術(shù)是將實(shí)型鑄造技術(shù)、振動(dòng)、壓力凝固結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合，其優(yōu)點(diǎn)是提高鋁合金消失模模具鑄件的致密性和力學(xué)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(xiàn)

[1] 梁光澤，李增民，中國(guó)實(shí)型（消失模）鑄造的現(xiàn)狀與展望[J]實(shí)型鑄造及消失模鑄造2008，8：1072-1075

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

[3] 樊自田，蔣文明，消失模鑄造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[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(fā)展現(xiàn)狀[J]特種鑄造及有色合金.2004 （2）： 58-60.

[5] 趙忠，振動(dòng)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(xué).2010

[6] Li JQ，F(xiàn)an 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(lè)山市科技局重點(diǎn)研究項(xiàng)目：鋁合金消失模鑄造工藝及性能研究，項(xiàng)目編號(hào)：A322018032（18JZD054）