北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年

北京航空材料研究院铸造高温合金

及工艺发展40年

Dev elopment of Cast Superalloys and Processes in BIAM

fo r40Years

陈荣章(北京航空材料研究院)

Chen Rong zhang(Institute o f Aeronautical Materials,Beijing)

[摘要]　简要介绍了航空材料研究院40年来在铸造高温合金及工艺包括熔炼、铸造、定向凝固及细晶铸造等领域取得的成就。

关键词　铸造高温合金　熔模铸造　定向凝固　单晶　细晶

[Abstract]　The achiev em ents in field o f cast superalloys a nd processes including melting

a nd casting in BIAM fo r40y ea rs hav e been review ed in brief.

Keywords　cast superallo ys　inv estment casting　directio nal so lidificatio n　single crystal　fine crysta l

1　前言

铸造高温合金及其熔炼和铸造工艺是北京航空材

料研究院最重要的研究领域之一。从1958年开始研究我国第一个铸造高温合金以来,已走过整整40年的历程,在这期间,创业的艰辛、事业的扩展、人才的成长、成果的涌现,确实令世人瞩目。航材院已经成为我国最大的铸造高温合金和工艺研究发展及推广应用的中心,为我国航空发动机的生产和发展作出了重大贡献。本文拟从合金和工艺两方面简要介绍航材院40年来在该领域所取得的成就。

2　合金的发展

40年来航材院铸造高温合金的发展经历了从仿制到自行研制的过程。根据我国航空发动机各阶段发展的需要,已研制出铸造高温合金25种,约占全国铸造高温合金牌号总数的一半,成为我国铸造高温合金系列的主体部分。多年来,这些合金已程度不同地分别用在我国所有生产过和研制过以及目前在服役和在研制的国产航空发动机上制作涡轮工作叶片和导向叶片等零件,在航空发动机的研制和生产中发挥了巨大作用。与国外各时期的同类合金相比(图1),航材院的合金虽然出现较晚,但相应的性能水平基本相当。

表1和表2列出航材院历年研制出的各类铸造

高

图1　航材院各时期的典型铸造高温合金的温度

能力及其与国外同类合金的比较

Fig1　Tem perature capability of BIAM's cast

superalloys for a comparison with foreig n alloys

温合金的成分、主要性能和典型应用。

K401合金是在1958年由张祖谦等人在苏联专家格兹吉扬和我国著名铸造专家荣科的指导下开始研制的我国第一个镍基铸造高温合金[1,2],用于当时的W P6发动机制作涡轮导向叶片。它的出现开创了我国研究铸造高温合金的历史,也标志着铸造涡轮导向叶片材料开始成为航空材料国产化的先行者之一。

北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年　

K403合金是在60年代初由航材院与上海交通大学合作采用当时先进的真空熔炼工艺研制成功的性能水平较高的铸造叶片合金[3],先后用于16种航空发动机和多种地面燃气轮机制作涡轮导向叶片和工作叶片,是我国应用最广的铸造高温合金之一。 70年代初,为节约当时资源较困难的镍,由航材院与冶金部钢研院和上海钢研所的同行合作研究成功可用作导向叶片材料的K214铁镍基铸造高温合金[4],获国家发明三等奖。

表1　航空材料研究院研制的铸造高温合金成分和主要性能

T ab1　T he co mpo sition a nd pro per ties of BI AM's cast super allo ys

合金

化学成分,w t%

持久强度,M Pa

700℃900℃1000℃

C C r Ni Co W M o Al Ti Fe B Zr其它100h1000h100h1000h100h1000h

普通铸造合金K4010.115.5余-8.5-5 1.75-0.04----

850℃

245

-

950℃

137

-K4030.1411余 5.25.2 4.2 5.52.6-0.0170.05-79170332020114876 K4050.1410.2余10 4.8 4.0 5.42.5-0.020.07-79971632322115091 K4060.1515.5余-- 4.7 3.62.5-0.070.10-669535

850℃

282

850℃

195

--K6C0.0519余-- 4.7 3.62.5-0.070.10-696569206127--K4120.1315余- 5.5 3.8 1.81.8----

750℃

392-98---K4190.12 5.8余12102 5.51.3-0.080.05 2.9Nb823755382256186116 K19H0.126余12102 6.11.3-0.080.05

2.5Nb

1.4Hf

89782138223516598 K770.0615余15- 4.2 4.43.5-0.02--

650℃

800

-----K0020.159余1010≤0.55.51.5-0.0150.05

2.5Ta

1.5Hf

88580236223216198 K2110.152046-8---余---245-----K2140.11242.5- 6.2- 2.14.6余0.13----

750℃

440

-

850℃

245

-K250.06余41- 1.6--0.4---0.3V--

800℃

98

---

定向合金

DZ30.1010.5余 5.25.2 4.3 5.72.6-0.0150.1-922863343271176132 DZ40.139.5余 5.75.5 3.9 6.01.9-0.018--912-353274181125 DZ50.1110.2余105 3.8 5.52.5-0.015--916-333-176-DZ220.149余1012-52-0.015-

1Nb

1.5Hf

760℃

804

760℃

686

980℃

207

980℃

118

1040℃

137

1040℃

93 DZ22B0.149余1012-52-0.015-

1Nb

1Hf

760℃

793

760℃

629

980℃

217

980℃

135

1040℃

135

1040℃

78 DZ1250.18.9余1072 5.20.9-0.015-

3.8Ta

1.5Hf

760℃

825

760℃

666

980℃

219

980℃

145

1040℃

137

1040℃

83

单晶合金DD2-7.8余 4.680.5 5.61---

6Ta

0.1Hf

760℃

824

-

980℃

248

-

1040℃

177

-DD30.019.5余5 5.54 5.92.2----981878368237201147 DD4-9余7.56 1.5 3.74.2---

4Ta

0.5Nb

760℃

824

-

980℃

237

-

1040℃

158

-DD6--

1070℃

175

-

1100℃

145

-

Ni3Al 基合金IC6--余--138--0.1--

760℃

830

-350-

1100℃

100

-IC10

1100℃

70

　材料工程/1998年10期

表2　航材院铸造高温合金的密度和典型应用Ta ble2　T he density and applica tions of BI AM's

ca st superalloy s

合金密度

g/cm3

典型应用

普通铸造合金K4018.05W P5,W P6导向叶片

K4038.10W P6,W P7,W P8,W P13,W S9,

W J5,W J6等导向叶片和涡轮叶片K4058.12W J5涡轮叶片

K4068.05W S8涡轮叶片

K6C8.05W Z6整铸导向器

K4128.20W P6导向叶片

K4198.50W Q J涡流器叶轮

K19H8.50-

K777.95某发动机涡轮外环

K0028.50W S9涡轮叶片

K2118.30W P6导向叶片

K2148.03W J6导向叶片

K257.95W P13加力点火器分流器

定向合金

DZ38.10W DZ-1涡轮叶片

DZ48.15W P13B,W J6等发动机导向叶片

和涡轮叶片

DZ58.12W P6B涡轮叶片通过试车

DZ228.56发动机涡轮叶片

DZ22B8.56W Z8涡轮叶片

DZ1258.48发动机涡轮叶片

单晶合金DD28.56发动机试验件DD38.20发动机涡轮叶片DD48.56发动机篦齿环DD68.85发动机涡轮叶片

Ni3Al 基合金IC67.90W P13B二级导向叶片

IC108.00发动机导向叶片

定向凝固高温合金的出现是国际铸造高温合金发

展史上的重大事件之一。60年代中期,继美国P&W公

司研制成功定向凝固M A R-M200合金之后,航材院率

先在我国研究高温合金的定向凝固技术,先后研究成功

DZ3、DZ4、D Z22等合金[5,6],填补了国内空白。其中,

DZ4合金是航材院与上海交大合作研制的我国第一个

进入工程化阶段用于较先进的现役航空发动机W Pl3B

上制作涡轮工作叶片和导向叶片的定向凝固高温合金,

具有较高的高温强度、良好的铸造性能和较低的密度,

并且不含铪因而成本较低。

单晶高温合金的研制是航材院的重点课题之一。其

中DD3合金是采用相计算原理和正交设计法结合实验

验证,通过多年努力研究成功的密度较低、成分较简单

而性能水平相当于国外第一代单晶合金PW A1480的我

国第一个用于航空发动机的单晶高温合金[7],己投入小

批量生产。在与美国P&W公司合作研究的过程中,曾对

DD3合金进行过共同的评估,双方在各自试验室对同炉

DD3合金测试不同温度的拉伸和蠕变性能(表3),结果

表明,双方测试结果基本吻合,性能水平与PW A1480相

当[8]。

另外,采用合金设计法与试验研究相结合研制的相

当于国外第二代单晶合金水平的DD6合金,也取得了

可喜进展,已被选用作为先进航空发动机的高压涡轮叶

片材料。

IC6合金是航材研究院在国家863高科技发展项目

资助下研究成功的N i3Al基金属间化合物铸造合金[9]。

表3　美国P&W公司和航材院分别对DD3合金测试蠕变性能的结果

Tab3　M easured results o f cr eep pro pe rties fo r allo y DD3by P&W a nd BIAM

试验

条件

测试

单位

至下列蠕变量的时间,h

0.5%1%2%

蠕变断裂

寿命,h

延伸率

%

面缩率

%

980℃

/207M Pa

BIAM

12.0

22.5

8.7

76.0

48.0

37.0

172.0

140.0

143.0

216.9

213.6

193.3

14.0

13.0

12.8

42.7

38.6

40.5

P&W

10.0

13.0

42.0

63.0

173.0

156.0

238.5

201.9

-

23.1

-

52.2

1038℃

/159M Pa

BIAM

2.2

6.0

4.8

45.0

29.0

-

149.0

117.0

145.0

160.7

214.8

149.7

10.0

11.0

18.6

54.5

41.5

44.1

P&W

2.1

1.9

13.0

7.0

169.0

129.0

196.7

163.8

12.3

11.0

36.5

54.5

具有诱人的特点:成分简单、熔点高、密度低、热导率高、高温强度较高(表4),铸造性能较好,而且价格较低。该合金己进入工程化阶段,用于现役的W Pl3B航空发动机制作二级涡轮导向叶片,成为国际上率先用于航空发动机的铸造N i3Al基合金,它的成功标志着我国在该领域的研究已取得重大突破。

北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年　

表4　IC6合金持久性能与国外同类合金比较Ta b4　St ress-rupture pro per ties of allo y IC6

a nd comparison with fo r eign allo ys

密度g/cm3

持久强度,M Pa 900℃/100h1100℃/100h

IC6(中)

ВКНА-4У(俄) EX-7(美)7.90

7.91

8.00

343

274

-

100

93

69

在40年发展合金的过程中,航材院铸造高温合金专家对于合金的强化机制以及影响合金性能和应用的各种因素进行了系统的研究,取得可喜成就。例如,对镍基铸造高温合金中温“塑性低谷”的研究[10],提出了枝晶间断裂和强化的机制的见解,有利于解决当时面临的问题;对Hf在合金凝固过程中的行为及其对性能的影响作了系统研究[11～14],提出了Hf的偏析特性和富H f 熔体的趋肤效应的看法,成功地解释了加Hf改善定向合金热裂倾向性的机理;对各种合金特别是定向和单晶合金的热处理研究[15,16],为制定具有特色的热处理制度提供理论和试验的依据;对高温合金返回料特别是含Hf高温合金返回料的系统研究[17,18],为应用返回料降低叶片的成本提供了实验依据。另外,在结晶学取向对定向合金及单晶合金各种性能的影响方面[19～22],在单晶合金蠕变-疲劳交互作用及寿命预测方面[23],针对空心叶片的各种合金的薄壁性能方面[24,25],以及铼和稀土元素对合金各种性能影响方面[26,27],都进行了大量的研究工作,为我国铸造高温合金理论和实践的发展作出重要贡献。

3　熔炼及铸造工艺研究

铸造高温合金的发展与熔炼及铸造工艺的发展是密不可分的。从50年代末以来,航材院先后发展了大气下感应熔炼、真空熔炼、电渣熔炼、定向凝固以及一整套熔模铸造技术。

航材研究院的一大批冶金专家是我国最早从事高温合金真空熔炼技术研究的群体之一。60年代以来,先后建立起多种真空感应熔炼设备,引进了先进的I S65V8型真空感应炉,研制了一整套较先进的母合金真空熔炼工艺和净化技术,为高性能铸造合金和先进叶片的研制提供了极其重要的保证。目前,在母合金熔炼中,应用高温、高真空加搅拌以及过滤净化等措施,已能炼出纯净度较高的合金,例如,在无碳单晶合金DD3中,[O]

表5　航材院和美国P&W公司对PW A1422合金的分析结果(w t%) Tab5　Analy zed results of PW A1422alloy co mpo sitio n by P&W a nd BIAM

Al Co Cr Cu Fe Hf M n Nb Ti W Zr C S P B Si Bi Pb Te Tl 不大于,p pm

航材院母合金

取样

4.989.868.820.0140.13 1.560.047 1.021.9611.960.0350.140.0010.0050.0140.0540.20.70.16-

P&W 公司叶尖

取样

4.839.549.110.0230.0951.300.00060.841.9511.920.0170.15

<

0.001

<

0.002

0.0100.0510.11.10.10.1叶根

取样

4.839.549.100.0240.1001.280.00060.872.0011.890.0170.14

<

0.001

<

0.002

0.0100.0510.11.10.10.1

早在60年代初期,航材院就在著名铸造专家荣科指导下开展了真空熔模铸造工艺的研究,先后研制过多种模料,其中,用于叶片生产的35#模料广泛用于空心叶片,并曾受到俄罗斯ВИАМ专家的好评。用于制造单晶叶片的单晶螺旋选晶器专用模料获得广泛应用[29]。在陶瓷壳型方面,先后研制过石英砂-水玻璃系、氧化铝-硅酸乙脂系、氧化铝-硅溶胶系、铝矾土-硅溶胶系以及高岭土熟料-硅溶胶系的壳型,主要用于涡轮叶片等铸件的生产。60年代初,航空材料研究院研制成功单一多层壳型和多层壳型加干填砂的铸型,代替了原先的湿法造型的铸型,对我国熔模铸造的发展起到重大推动作用。1965年研制成功W P6发动机涡轮叶片(K406合金),通过台架试车[2]。此后,根据航空发动机发展的需要,精密铸造工艺技术不断发展,70年代末,研制成功

　材料工程/1998年10期

我国首例涡轮叶片无余量精铸工艺[30],标志着我国熔模铸造技术达到当时的国际先进水平。80年代末,研制成功的W Z6整体导向器铸件是我国第一个用于航空发动机的整铸导向器。

航材研究院在陶瓷壳型材料和工艺的研究中,加入Al-Si-Ca和Al-Si-M g系矿化剂,显著提高壳型高温强度,研制成功工作温度高达1550～1600℃用于浇注定向叶片和单晶叶片的811A和811B壳型[30],已投入生产,其性能见表6。这两种壳型的性能水平不仅在国内领先,而且在高温强度、壳型壁厚、焙烧制度和生产周期方面均优于俄罗斯航材院(ВИАМ)的壳型(见表7)。该

表6　几种壳型的性能比较

Table6　Pro perties o f Ce ramic Shell

常温抗弯

强度,M Pa

1500℃抗弯

强度,M Pa

1600℃自重

变形,mm 普通壳型7.50.5断811A

(加Al-Si-Ca矿化剂)

6.7 1.12 2.2

811B

(加Al-Si-M g矿化剂)

11.2 4.98 1.3

表7　811B壳型与俄罗斯壳型比较

Ta ble7　Co mpa riso n o f811B sh ell with Russian's shell

密度g/cm3常温抗弯强度,M Pa1500℃抗弯强度,M Pa

中国测俄罗斯测中国测俄罗斯测

壁厚

mm

焙烧温度

℃

使用时入炉

温度,℃

生产周期

天

811B壳型 2.7313.130.0 5.815.03～6900<1200～5俄罗斯壳型 2.732028.0 2.5 6.05～71300<600～12

壳型曾在ВИАМ现场浇注单晶叶片,效果良好。

空心冷却叶片是提高发动机涡轮前温度的重大技术之一。制造空心叶片的关键是先制造出能形成叶片复杂内腔的陶瓷型芯。航材院先后研究过普通铸造空心叶片及定向和单晶空心叶片用的SiO2基、Al2O3基、M g O 基、ZrO2基异形陶瓷型芯。经过多年的探索研究[32,33],分别在不同时期研制成功用于定向空心叶片和单晶空心叶片的XD-l和AC-1陶瓷型芯(见表8),其材料性能和工艺水平均居全国领先地位,前者已投入大批量生产,为我国先进航空发动机的研制作出重要贡献。图2示出制成的部分陶瓷型芯。

定向凝固和单晶叶片的应用是国内外先进发动机的重要标志,也是航空材料研究院多年来最重要的研究课题之一。从60年代中期起率先在我国研究高温合金定向凝固技术,从改装设备到引进设备,研制成功功率降低法和铸型移动法定向技术。80年代初期的研究

表8　X D-1和A C-1陶瓷型芯的配方和性能[31,32]

Table8　Co mpo sitio n a nd Pr oper ties o f X D-1a nd A C-1Cer amic Cor e

配方%密度

g/cm3

抗弯强度,M Pa

室温1500℃1580℃

烧成收

缩率,%

线膨胀

1℃

气孔率

%

熔失性

min

XD-1石英玻璃65～75

锆英石粉25～35

增塑剂适量

2.710～138.0-～0.41×10-635～17

AC-1α-氧化铝92～99

T C矿化剂1～8

增塑剂13～18

(外加)

2.3827.7

(1550℃)

6.9

5.8 2.1-34.6-

又成功地发展完善了具有我国特色的单晶叶片定向凝固技术[34],用热分析计算方法系统地研究了定向和单晶凝固过程[35,36],研究了各种工艺参数对合金性能的影响[37,38],制定了一整套定向凝固工艺,制成各类定向和单晶叶片提供试验和使用(图3)。为满足研制新型航空发动机的需要,航材研究院于80年代末将定向凝固技术、陶瓷型芯和无余量精铸工艺相结合,研究成功定向空心无余量涡轮叶片精铸工艺[37],填补了我国航空制北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年　

造工程的一项空白,标志着我国涡轮叶片铸造技术又上了一个新台阶。到目前为止,航材院采用这种工艺为几种新型发动机制造了5300多片高压涡轮叶片。图4示出其中的一种。美国P&W公司材料试验室曾对这种叶片进行过目视、荧光、X射线、超声壁厚及金相检查,认为该叶片的质量控制是很好的,质量是可靠的。

图2　航材院研制的部分陶瓷型芯

F ig.Ceramic cores in BI

AM

图3　航材院研制的部分定向和单晶叶片

Fig.3　DS and SC blades in

BIAM

图4　定向空心无余量涡轮叶片(中,已显示晶粒)

及所用的型芯(右)和蜡模

Fig.4　DS h ollow near-net b lad e,corres ponding

ceramic core and w ax pattern 由航材料院自行研制设计并由锦州真空设备厂制造的我国第一台单晶炉,具有先进的两区加热装置,温度梯度最高可达90℃/cm,并且配置有现场采集和处理工艺参数的微机系统。这台单晶炉在新合金和新工艺的研究中发挥了很大作用。

航材院在研究单晶工艺中,发展了一种与国外同类技术有所不同的双取向控制法[41],为此,精心设计出一种特殊的螺旋选晶器,形成双向温度场,使结晶起始段形成的柱晶同时进行两个方向即纵向[001]和横向[100]的择优生长,达到双取向控制的目的,已取得良好效果(表9)[42]。

表9　结晶取向偏离度对D D3合金性能的影响

Ta ble9　Effect o f cry sta l o rienta tio n o n D D3

allo y pro per ties

[001]取向偏离度760℃/100h

持久强度,M Pa

横向与纵

持久强度之比纵向≤15°8041

横向

经双取向控制≤10°7850.98未经双取向控制10°～20°7240.90

单晶高温合金及其叶片凝固过程数值模拟可用来进行合金凝固理论和铸造工艺研究。应用这一技术可达到优化铸造工艺、改善合金性能、减少试验工作量、降低研制成本和提高铸件质量的目的。近年来,航材院也开展了这方面的工作,将试验研究与数值计算相结合,采用了具有90年代国际先进水平的大型有限元软件Pro Cast,在国内首先对复杂形体的航空发动机空心涡轮叶片进行凝固过程的三维温度场数值计算(图5),并研究了工艺参数的影响,预测了缺陷,该数值模拟技术目前处于国内领先水平[43]。

早在60年代初期,航材院就研究成功高温合金铸件表面晶粒度细化工艺,并得以推广应用。从90年代初开展了整体细晶铸造工艺的研究,自行设计并由锦州真空设备厂制造出我国第一台既可以进行热控法又可进行搅动法的细晶铸造炉,研究了K4l8、K403等合金的细晶铸造工艺,获得很大成功,所制细晶叶片和叶轮的晶粒度可达A ST M3～5级(0.125～0.0625mm)(见图6),加上合适的热等静压和热处理使合金的低周疲劳性能提高2～4倍[44]。

4　丰硕的成果

航材院铸造高温合金及工艺研究室是一支拥有过

　材料工程/1998年10期

图5　单晶空心叶片凝固过程数值模拟的三维有限元网格划分及温度场计算结果

F ig.5　The 3-D finite element and temperatu re calculation res ults of h ollow SC blade for s olidification

simulation

图6　细晶铸造与普通铸造叶轮的晶粒度Fig.6　Blad e and disk crys tal grains of fine crys tal

cas ting and conv entional cas ting

1名国家级专家、16名研究员、32名高级工程师和50多名其他研究人员的科研队伍。40年来,他们爱岗敬业、艰苦奋斗,建设了一方规模可观的研究基地,创造出一批令人瞩目的研究成果,共研制成功25种铸造高温合金分布在所有国产航空发动机上,发展出多项具有国际先进水平的工艺技术,填补了国内空白。60年代以来,共取得部级以上奖励的科技成果30项,其中国家级科技成果占1/3(见表10),共制定控制材质和指导工艺的各级各类标准200多件,在国内外科技刊物和学术会议上发表

论文200多篇,有5名研究员享受政府特殊津贴,5名研究员荣获光华科学基金奖。上述情况说明,这支队伍为我国航空工业做出过巨大贡献,航材院不愧为我国最大

表10　航材院铸造高温合金及工艺历年获奖科技成果[44]

Ta ble 10　Science &tech no lo gy achiev ements on ca st supe rallo ys and pro cesses in BIAM

序号成果名称

年份

奖励级别

主要完成人

1K 1铸造高温合金

1964国家计委,科委新产品奖荣科,张祖谦,刘应华,龙鸿建等2航空发动机涡轮叶片用铸造高温合金(K3,

K5,K6,K19)

1978全国科学大会奖张祖谦,穆寿昌,赵先国,孙理等3预成形陶瓷型芯及精铸空心叶片工艺1978全国科学大会奖卓育华,马德文,郑修　等4真空熔模精铸壳型及晶粒细化工艺1978全国科学大会奖黎典,夏明仁,孙理,吴仲棠5提高铸造镍基高温合金中温强度和塑性的机理

1978全国科学大会奖蔡玉林,郑运荣

6涡桨5A 发动机一、二级涡轮叶片1980部级科技成果三等奖张祖谦,刘志中,吴仲棠,宋英等7熔模铸造硅溶胶制壳工艺

1981部级科技成果三等奖夏明仁,郑修　等

8某型发动机低压一级导向叶片无余量精铸(型芯部分)

1981部级科技成果二等奖郑修　,马德文,彭利君等9

无余量叶片精铸及11号模料

1981部级科技成果二等奖

黎典,张鑫华,黄爱珍等

北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年　

续表10

序号成果名称年份奖励级别主要完成人

10铸造高温合金K6、K14、K19的应用1981部级科技成果三等奖麻立洪,李孙华,潘腊珍等

11电渣熔铸涡轮盘(参报)1982国家发明三等奖张文林,陈荣章,范伟峰等

12K14铁镍基铸造高温合金1984国家发明三等奖李孙华,张祖谦,胡兆年,龙鸿建等13熔模精铸新型壳型耐火材料1985国家科技进步三等奖胡德元,夏明仁,段振瑞等

14涡轮叶片无余量精铸工艺1985国家科技进步一等奖黎典,张鑫华,吴天尧,丛锦生等15涡轮叶片快速(HRS)定向凝固工艺1985国家科技进步三等奖孙传棋,王罗宝,钟振钢等

16飞机襟翼管路接头高温合金精铸件1986部级科技进步三等奖杨清芬,谢文楷,王福贤等

17高塑性铬基铸造合金K251988部级科技进步二等奖杨清芬,王青山,李元新等

18K6C合金及整体导向器精铸工艺1988部级科技进步二等奖仝有莹,蒋增荣,麻立洪,史常锦等19定向凝固高温合金DZ221991部级科技进步一等奖王罗宝,陈荣章,王玉屏,龙鸿建等20铸造高温合金返回料过滤净化技术1991部级科技进步二等奖赵先国,刘志中,夏明仁等

21有关铸造高温合金航标的制定与转正1991部级科技进步三等奖殷克勤,王柄林等

22DZ4定向凝固高温合金1992国家发明三等奖孙传棋,李其娟,林淑熙,吴昌新等23定向合金低周疲劳裂纹起始机理1993部级科技进步二等奖郑运荣,王玉屏,谢济洲

24DZ22B定向凝固高温合金1993部级科技进步三等奖穆寿昌,殷克勤,佘力等

25高温度梯度单晶炉1993部级科技进步二等奖郎业芳,钟振刚,唐定中等

26定向凝固用氧化铝高温壳型材料工艺1993国家发明三等奖夏明仁,胡德元,段振瑞,张鑫华27定向空心无余量涡轮叶片精铸工艺1994部级科技进步一等奖王罗宝,张鑫华,马德文,陈荣章等28Hf对定向和单晶合金连接行为的研究1994部级科技进步二等奖郑运荣,阮中慈,王顺才,刘泽尧29定向凝固Ni3Al基IC6合金及叶片工艺1997部级科技进步一等奖韩雅芳,李孙华,赵希宏,马生等30DD3单晶合金和单晶叶片工艺1997国家发明二等奖吴仲棠,钟振刚,陈德厚,唐定中等

的铸造高温合金和工艺研究发展及推广应用中心。

回首往顾,成绩令人自豪,展望未来,任重而道远。现在这支队伍正以顽强拼搏的姿态迎接新的挑战,积极从事着多项“九五”预研项目和多种型号课题研究,必将创造出更加辉煌的未来。

致谢:在本文撰写过程中得到了王罗宝、殷克勤、陈德厚、吴仲棠、黎典、孙传棋、赵先国、夏明仁、李孙华、钟振钢、张鑫华、唐定中、张宏炜、李嘉荣等同志的热情支持和帮助,作者深表谢意。

参考文献

1　殷克勤,胡壮麒,孙家华.中国高温合金四十年,北京:中国科学技术出版社,1996,50

2　谢锡善,杨锦炎.中国高温合金四十年.北京:中国科学技术出版社,1996,14

3　颜呜皋主编.中国航空材料手册,北京:中国标准出版社, 1989,598

4　李孙华,龙鸿建,王玉屏.航空材料,1980,(6):6

5　王罗宝,陈荣章,王玉屏.航空学报,1985,6(3):236 6　孙传棋,李其娟,林淑熙,吴昌新.航空材料学报,1987, 7(1):1

7　吴仲棠,温仲元,陈德厚.金属学报,1987,23(4):B171 8　唐定中,叶国胜,吴仲棠,吴学仁.材料工程,1997,

(9):69　Y. F.Han,Z.P.Xing and M. C.Ch atu rvedi,Structu re In termetallics,edited by M.V.Nath el et.al.1997,173 10　蔡玉林,郑运荣一,中国航空科技文献HJB830117,1983 11　W ang L.B.,Ch en R.Z.and W ang Y.P.Chin.J.M et. Sci.Techno.,1986,(2):359

12　王玉屏,陈荣章,王罗宝.机械工程材料,1990,(1):33 13　郑运荣.金属学报,1986,22(2):Al19

14　Zheng Y.R.and Li Z.G.Pro.7th In ter.Symp.On Su-peralloys,Seven Spring,PA,TM S,1992,475

15　陈荣章,王罗宝,王玉屏.航空学报,1988,9(7):A368 16　W u Z.T.and Ch en D.H.Chin.J.M et.Sci.Techno.

1990,6(1):8

17　陈荣章,王罗宝,陈新予.材料工程,1993,(2):7

18　王照虎,陈荣章,王罗宝,材料工程1996增刊,105

19　Ch en D.H.,W u Z.T.and W ei S.Y.,Chin.J.M et.

Sci.Techno.,1986,(2):378

20　郭秀芬,王海清.航空材料学报,1984,(6):1

21　刘长达等.航空材料学报,1985,5(1):7

22　张国焕.铸造高温合金文集,北京:中国科技出版杜, 1993,120

23　苏翰生,吴仲棠.金属学报,1993,29(1):A25

24　韩希鹏,管文彪等.铸造高温合金文集,北京:中国科技出版社,1993,194

25　张宏炜,陈荣章.金属学报,1997,33(4):370

26　Li J iarong et,al.J of M aterials Science and Technolog y,

(下转第18页)

图5　无压合成TF30的微观组织(EPM A)(a)背散射;(b)(a)的局部放大

Fig.5　M icros tructu re of TF30produced by p ress ureles s syn thsis　(a)back-scattered electron images;(b)magnified(a)参考文献

1　M erzhanov A G,Shikro V M.Authors Cer tificate Application, No.255221,1967

2　Sub rahmanyan J,Vij akamar M.Review:Self-propagating high-temperratu re syn th esis,J.M ater.Sci.,1992,27:6249～6273 3　M unir Z A,Ans elmi-Tambu rini U.Self-p ropagating ex oth ermic reaction,M ater.Sci.Rep.,1989,3(7):277～358

4　王零森。特种陶瓷,长沙:中南工业大学出版社,1994:500～509 5　童国权,王尔德,何绍元.粘结剂成分对W C-20(Fe/Co/Ni)硬质合金力学性能和显微组织的影响,粉末冶金技术,1995,13

(4):243～248

6　Saidi A,et al.Ch aracteris tics of th e combu stion s ynthesis of TiC and Fe-TiC composites,J.M ater.Sci.,1994,29:4993

7　王家祥,陈宝清,郭可仞等。陶瓷薄膜与金属见的浸润性及其界面的研究.真空,1991,19(3):26～31

8　Dufour L C.Cermic-metal interface.Kluw er Academic Publish-er,1989:393～415

9　Yoon D Y.Theories and observ ation of ch emically induced in ter-face migration,Inter.M ater.Rev.,1995,40(4):149～179

10　Bacasabramanlan K,et al.Ex perim en tal investigation of the th erm od ynamics of the Fe-Ti-C aus tenite and the solubility of ti-tanium carbid e,M etal.T rans.,1992,23A(3):709

11　李超.金属学原理,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989:70

稿件收到日期:1998.8.12

张卫方,男,1971年7月生,哈尔滨工业大学复合材料研究所在读博士生。联系地址:哈尔滨工业大学复合材料研究所(邮编150001)

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(上接第10页)

1999,to be published

27　肖程波,韩雅芳.材料工程,1998,(6):23

28　吴仲棠,陈德厚.钟振刚.航空材料,1987,(5):1

29　刘彩英,钟振钢.航空材料,1986,(3):24

30　黎典.航空材料,1982,(6):9

31　夏明仁,张勇.材料工程,1997,(9):15

32　马德文.航空制造工程,1984,(2):71

33　曹腊梅等.材料工程,1997,(9):21

34　钟振钢等.铸造高温合金学术会议论文集,1984

35　温仲元,钟振刚,唐定中.航空材料,1984,(2):7

36　唐定中等.航空材料学报,1994,14(1):1

37　唐定中等.第六届全国高温合金会议文集,1987,805

38　劳曰玲,吴仲棠,钟振刚.铸造高温合金文集,北京:中国科技出版社,1993,107

39　陈荣章等.航空制造工程,1993,(2):11

40　Tang D.Z.,Zhong.Z.G.and Dai X.Y.Pro.CICFE94' Fou ndry Engineering,1994,295

41　钟振刚,唐定中,代修彦.金属学报,1995增刊,282

42　Li j iarong et,al.Non-Fer rous&Special Cas ting conference,29-31,Oct,1998,Shanghai,China

43　汤鑫,刘发信,韩梅.材料工程,1997,(9)24

收稿日期:1998.6.18

陈荣章,男,1937年生,研究员,在北京航空材料研究院长期从铸造高温合金的研究,取得多项成果。联系地址:北京市81信箱1分箱(邮编100095)

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铝合金铸造工艺简析

铝合金铸造工艺简析 一、铸造的分类 重力铸造、低压铸造、压力铸造，我厂主要为重力铸造，利用重力自行流入模具，通过结晶器进行梯度降温，让铝合金按顺序凝固的铸造方式铸造铸棒。 二、铝液的熔炼 铝合金熔炼简单知识 影响铝液质量的主要因素：铝液中的含气量和氧化夹杂物。在铝合金熔体（铝液）中溶解的气体有：、、CO、、（碳氢化合物）等气体；其中以为主。分析铝合金中的气体成分，证明占85﹪以上，因而铝合金的“含气量”可以近似地视为“含氢量”。铝液中的氢主要来自高温铝液和溶解在其中的水发生化学反应生成氢。 铝液中气体的主要来源： １.燃料：火焰反射炉熔炼铝合金时，煤气中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体（铝液）； ２.大气：熔炼过程中，大气中的水蒸气被熔体（铝液）吸收； ３.炉衬：烘炉不彻底时，炉衬表面吸附的水分以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个班次时对熔体（铝液）中的气体含量将有明显的影响； ４.炉料：吸附在炉料（包括铝锭和辅料）表面上的湿气，在熔

化过程中起化学作用而产生的氢将被溶解，如果炉料放置过久，且表面有油污，对熔体（铝液）的吸气量尤有影响； ５.熔炼工具：如果熔炼工具干燥不好，易使熔体（铝液）的吸气量增加； ６.倒料过程中：如果熔体（铝液）落差大或液流翻滚过急时也会使气体及氧化夹杂卷入熔体（铝液）； 高温时铝和水汽的反应： 2Al+3O +3（溶入铝液中） 当在水汽比较多的环境下，剧烈反应，引起爆炸，造成事故。 当在干空气条件下（水分较少），水汽也能和铝液起反应，因此在铝液中总是含有一定数量的氢。 铝液中的氧化夹杂： 铝液与空气中的氧气O2、氮气N2、在高温下发生化学反应生成氧化夹杂物，其中以生成的氧化膜（Al2O3)对铝液的污染最大。这些氧化夹杂的熔点都较高，如氧化铝的熔点约为2050℃，所以铝液中的氧化夹杂主要以固态形式存在，严重影响我们熔炼的铝液质量。氧化夹杂表面疏松，能吸附空气中的水汽和氢，增加了铝液中的气体含量。 熔炼过程中，熔体（铝液）由于氧化而变成某些不能回收的金属氧化物时，这种损失统称为烧损。烧损大小与炉型、铝料状态和生产工艺有关。如：铝料表面积越大（即铝料越细碎）其烧损也越大，而且由于镁为易燃金属，烧损极大。为了避免和减少烧损，我公司主要

北京科技大学2018年《534专业综合》考研大纲_北科大考研论坛

北京科技大学2018年《534专业综合》考研大纲 一、考试性质与范围 适用于“机械工程”、“车辆工程”等专业硕士研究生的入学考试，为复试科目。包含《机械制图》、《机械设计》、《机械制造工艺基础》、《自动控制原理》等四部分内容，为专业综合考试。 二、考试基本要求 全面掌握机械类（含机械工程、车辆工程等）专业的基础理论，理解和熟练掌握课程的重点内容，具备运用课程知识、方法解决问题的能力。 三、考试形式与分值 1.笔试，闭卷。 2.满分为150分，四部分内容各约占25%。 3.可携带尺、计算器等。 四、考试内容 第一部分机械制图 1、各种位置直线、平面的投影特性 2、常见回转体（圆柱、圆锥、球）截交线、相贯线的分析作图 3、组合体的画法、尺寸标注、识图方法 4、机件的表达方法 （1）视图表达：基本视图、向视图、局部视图、斜视图的画法和标注； （2）剖视图表达：剖视图的概念，全剖、半剖、局部剖的画法与标注； （3）断面表达：断面图的概念，移出断面与重合断面的画法与标注； （4）简化画法及规定画法。 5、标准件（螺纹及螺纹连接件、键、销、滚动轴承）的规定画法和标记方法 6、圆柱齿轮的基本参数、尺寸关系和规定画法 7、零件图 零件的表达方案确定；零件图的尺寸标注；表面粗糙度；极限与配合；零件常见工艺结构；零件图的绘制和阅读。 8、装配图 装配图的规定画法、特殊画法；常见装配结构；掌握阅读装配图的方法和步骤，能看懂中等复杂程度的装配图，并拆画零件图。 第二部分机械设计 1、机械设计总论 机械零件疲劳强度理论，机械零件的材料和热处理。 2、摩擦磨损与润滑 摩擦磨损和润滑的分类；液体动压润滑行成条件。 3、柔性传动（带传动和链传动） 传动特点及应用；传动设计计算；张紧。 4、齿轮传动 齿轮失效形式；齿轮材料及许用应力；计算载荷；齿轮受力分析及强度计算； 5、蜗杆传动 失效形式及材料选择；受力分析及强度计算；热平衡计算。 6、轴 轴的受力分析与分类；轴的强度计算。

航空航天热防护材料-事故原因及材料分析(北京航空航天大学公开课资料)

航空航天热防护材料-事故原因及材料分析 美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调查报告称，外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。 事故发生后，由于无法迅速找回事发时的泡沫材料和燃料箱进行检验，宇航局和事故调查委员会一直没对事故原因作出最终定论。目前，“哥伦比亚”号外部燃料箱约50万块碎片已被找到并重新拼在一起。宇航局负责“哥伦比亚”号外部燃料箱工程的首席工程师尼尔·奥特说，宇航局经多次试验确定，泡沫材料安装过程有缺陷是造成事故的主要原因。 美国航天史上曾发生过3起巨大灾难。第一起是1967年1月27日“阿波罗”号飞船升空时爆炸，3名宇航员遇难；第二起是“挑战者”号航天飞机1986年1月28日升空时爆炸，包括1名女教师在内的宇航员全部遇难；第三起是2003年2月1日，“哥伦比亚”号航天飞机在完成16天的太空研究任务后，在返回大气层时突然发生解体，机上7名宇航员全部遇难。空难发生后，由美国宇航局(NASA) 支持组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组[1]。调查组对飞机残骸进行了原位重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。“哥伦比亚”号航天飞机的爆炸，震惊了世人，同时也引起了人们对材料的关注，从材料分析揭开了“哥伦比亚”空难之谜。 1“哥伦比亚”号航天飞机残骸材料的冶金分析 “哥伦比亚”号航天飞机1981年4月12日首次发射升空，是美国资格最老的航天飞机。“哥伦比亚”号机舱长18m，舱内能装运36t重的货物，外形像一架大三角翼飞机； 机尾装有3个主发动机和1个巨大的推进剂外贮箱，里面装有几百t重的液氧、液氢燃料，它 附在机身腹部，供给航天飞机燃料进入太空轨道；外贮箱两边各有1枚巨型固体燃料助推火箭。整个组合装置重约2000t。 2003年2月1日，“哥伦比亚”号在完成为期16天的科学实验任务后，在返航途中解体，7名宇航员丧生。灾难发生后，为了查清原因，首先由NASA支持组成了调查组，目的是对从得克萨斯州 和路易斯安纳州收集来的8.4万片大约38％飞机残骸重新按原位组装(如图l所示)，提供实际数据进行分析，通过分析和再现的模拟试验来证实事故产生的原因[l]。调查组根据以下的检查分析结果以期作出判断：残骸的清洗和评估、热分析，以寻找航天飞机爆炸的起源；对各种材料的冶金分析，如Inconel、Al合金、不锈钢、C，C复合材料的X一射线和断口分析；机翼上的传感器和录音机的结果。在检查残骸时发现，连接上下翼展面板的钢紧固件表现出沿晶断裂的脆性断口，如图2所示。图3为中间体面板舷内上端的弹坑小半球冲蚀花样，表明该处发生很高的局部过热和大量的沉积物。在机翼前缘3个部分，重点研究了子系统面板隔热瓦、碳／碳复合材料(RCC)面板和机翼构件。在这个区域主要分析左机翼前的8号和9号面板附近沉积物成分和观察X射线显示的花样。分析结果指出，高 温离子流是从RCC面板内侧缝隙穿过上下面板进入，如图4所示。

废铝熔炼铝锭的工艺操作规范

再生铝熔炼工艺特点? 再生铝是以回收来的废铝零件或生产铝制品过程中的边角料以及废铝线等为主要原材料，经熔炼配制生产出来的符合各类标准要求的铝锭。这种铝锭采用回收废铝，而有较低的生产成本，而且它是自然资源的再利用，具有很强的生命力，特别是在当前科技迅猛发展，人民生活质量不断改善的今天，产品更新换代频率加快，废旧产品的回收及综合利用已成为人类持续发展的重要课题，再生铝生产也就是在这样的形式下应运而生并具有极好的前景。? 由于再生铝的原材料主要是废杂铝料，废杂铝中有废铝铸件（以Al-Si合金为主）、废铝锻件（Al-Mg-Mn、Al-Cu-Mn等合金）、型材（Al-Mn、Al-Mg等合金）废电缆线（以纯铝为主）等各种各样料，有时甚至混杂入一些非铝合金的废零件（如Zn、Pb合金等），这就给再生铝的配制带来了极大的不便。如何把这种多种成分复杂的原材料配制成成分合格的再生铝锭是再生铝生产的核心问题，因此，再生铝生产流程的第一环节就是废杂铝的分选归类工序。分选得越细，归类得越准确，再生铝的化学成分控制就越容易实现。? 废铝零件往往有不少镶嵌件，这些镶嵌件都是些以钢或铜合金为主的非铝件，在熔炼过程中不及时地扒出，就会导致再生铝成分中增加一些不需要的成分（如Fe、Cu等）因此，在再生铝熔炼初期，即废杂铝刚刚熔化时就必须有一道扒镶嵌件的工序（俗称扒铁工序）。把废杂铝零件中的镶嵌件扒出，扒得越及时、 越干净，再生铝的化学成分就越容易控制。扒铁时熔液温度不宜过高，温度的升高会使镶嵌件中的Fe、Cu元素溶入铝液。?

各地收集来的废杂铝料由于各种原因其表面不免有污垢，有些还严重锈蚀，这些污垢和锈蚀表面在熔化时会进入熔池中形成渣相及氧化夹杂，严重损坏再生铝的冶金质量。清除这些渣相及氧化夹杂也是再生铝熔炼工艺中重要的工序之一。采用多级净化，即先进行一次粗净化，调整成分后进行二级稀土精变，再吹惰性气体进一步强化精炼效果，可有效的去除铝熔液中的夹杂。? 废铝料表面的油污及吸附的水分，使铝熔液中含有大量气体，不有效的去除这些气体就使冶金质量大大下降，强化再生铝生产中的除气环节以降低再生铝的含气量是获得高质量再生铝的重要措施。? 再生铝原材料组成? 1、废杂铝来源? 目前我国再生铝厂利用的废杂铝主要来源于两方面，一是从国外进口的废杂铝，二是国内产生的废杂铝。? 进口废杂铝? 最近几年国内大量从国外进口废杂铝。就进口废杂铝的成分而言，除少数分 类清晰外大多数是混杂的。一般可以分为以下几大类：? ①单一品种的废铝? 此类废铝一般都是某一类废零部件，如内燃机的活塞，汽车减速机壳、汽车轮毂、汽车前后保险栓。铝门窗等。这些废铝在进口时已经分类清晰，品种单一，且都是批量进口，因此是优质的再生铝原料。?

铝合金车轮低压铸造工艺

铝合金车轮低压铸造工艺 铝合金车轮制造技术是多种多样的，而铝车轮的铸造工艺，目前主要有两种：一种是金属型重力铸造，一种是低压铸造。我们主要是做汽车铝合金车轮，制造工艺采用的是低压铸造。我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有针对性的，介绍的方法也是不一样的。 1 低压铸造原理 低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中流入型腔。待金属液凝固以后，将炉膛中的压缩空气释放，未凝固的金属从升液管中流回到炉中。控制流入炉膛空气的压力、速度,就可以控制金属流入型腔中的速度和压力，并能让金属在压力下结晶凝固，压力一般不超过 1 ㎏/㎝2。这种工艺特点是铸件在压力下结晶，组织致密，机械性能好；低压另一个特点就是用一个升液管将铸型直接和炉膛连通，在压力的作用下，直接浇注铸型，不用冒口，浇口也很小。所以金属的利用率高。 2 低铸汽车铝合金轮的工艺特点 汽车铝合金车轮的结构特征：汽车铝合金车轮有大有小，有正偏距，有负偏距，有二片式，有三片式，都是圆形铸件，轮缘是均匀壁厚，面积比较大，轮辐比较厚，轮辐和轮缘交接处热节都比较大。而铝轮毂的浇注系统只有一个小浇口，没有冒口。轮辐多半作为横浇道，但是轮辐的位置是由轮毂的结构所决定的，不是由铸造工艺的设计者来决定的。因此偏距小，或负偏距车轮，会让铸造工艺设计者很头痛。然而轮毂的正面为装饰面，一般要求较高，要求精加工、车亮面、抛光、电镀，而低压铸造正好可以把轮毂的正面放在下模，放在浇口的旁边，在压力下结晶，得到致密的组织。使得低压铸造轮毂正面加工以后，表面质量，表面光洁度都比较好。 3 汽车铝轮低压铸造工艺设计 工艺设计之前，轮毂设计之初，需考虑与轮毂相关的几个基本内容。首先要正确的计算结构强度，这是影响到它生产出来以后安全使用的问题，另一个重要问题是否方便于铸造工艺，是否有利于机加，抛光和电镀，是否有利于减少废品降低成本，提高铸件整体质量，设计一款美观的车轮是不能不考虑它的铸造、加工工艺性的。 4 汽车铝轮低压铸造模具设计 模具设计之前工艺方案是重大的原则问题，方案错了，整个模具设计将全功尽废，如果设计不当，不从铸造工艺角度上去考虑，会极大地影响铸造厂去生产出完美的致密的铸件来。所以在确定模具的设计方案之前，要请专家和现场工作者进行评审。根据产品结构的特点（要注意完全符合顺序凝固条件的产品结构是很少的）评审出一个能创造顺序凝固条件的模具设计方案。模具设计者要深黯与之相关的铸造设备和铸造工艺，设计者要多到现场去请现场的工作者指导。动手设计时要对以下方面进行考虑： a在轮毂的零件图上画出轮毂各部份的加工余量； b在上下模和型芯各个部位，需要考虑适当的拔模斜度； c为了考虑铸件的顺序凝固，对铸件壁厚要通过“补贴”调整圆角，减小热节等措施来尽量符合“壁厚梯度”原则，还要在铸件补缩的距离上给予适当的壁厚考虑，在必要的地方要考虑风冷或水冷，总之整个模具从轮缘到浇口要创造一个顺序凝固的温度场。 d铸型的排气，特别在大平面或死角部分； e在铸件的凸台部份考虑是否用铜块，增加冷却速度；

6063铝合金熔炼生产工艺手册

6063铝合金熔炼生产工艺手册 本文由全球铝业网 (https://www.wendangku.net/doc/5416029809.html,) 编辑，转载请注明出处，十分感谢！ 一．Al-Mg-Si系合金的基本特点： 6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0.35％，其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。 6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和 Mg2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示：在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si 越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低，如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg2Si的最大溶解度是1．85％，在 500℃时为1.05％，由此可见，温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。 在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1.73)，镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响，由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。 二．合金成份的选择 1．合金元素含量的选择 6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易得到光亮的表面。 另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。 2．杂质元素的影响

铝合金车轮低压铸造工艺讲解

铝合金车轮低压铸造工艺 目录 铝合金车轮低压铸造工艺 1 低压铸造工艺 1.1 低压铸造原理 1.2 低铸汽车铝合金轮的工艺特点 1.3 汽车铝轮低压铸造工艺设计 1.4 汽车铝轮低压铸造模具设计 1.5 铝轮低压铸造工艺过程 1. 模具检查 2. 模具喷砂 3. 模具的准备 4. 模具涂料 5. 涂料性能和配比 6. 涂料的选择 7. 模具的预热和喷涂 1.6 开机前的准备工作 1. 保温炉的准备 2. 陶瓷升液管的准备 3. 设备和工艺工装的准备

1.7 铝车轮低压铸造液面加压规范 1. 加压规范的几种类型 2. 铝车轮低压铸造加压规范的设定 3. 设计铝轮低铸加压曲线的步骤 4. 铝轮低铸工艺曲线实例 1.8 铸件缺陷分析，原因及解决办法 1. 疏松（缩松）的形成与防止 2. 缩孔的形成与防止 3. 气孔的形成与防止 4. 针孔的形成与防止 5. 轮毂的变形原因及防止 6. 漏气的产生原因及防止 7. 冷隔（冷接，对接），欠铸（浇不足，轮廓不清）的形成与防止 8. 凹（缩凹，缩陷）的形成与防止 铝合金车轮低压铸造工艺 铝合金车轮制造技术是多种多样的，而铝车轮的铸造工艺，目前主要有两种：一种是金属型重力铸造，一种是低压铸造。我们主要是做汽车铝合金车轮，制造工艺采用的 是低压铸造。我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有针对性的，介绍的方法也是不一样的。 1 低压铸造工艺 1.1 低压铸造原理 低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中

航空航天材料

航天用特殊材料加工技术论文 学校：上海第二工业大学学院：机电工程学院专业：机械工程及自动化 指导老师：李学磊 班级：11机自A1 学号：20114810336 姓名：潘磊

涡轮叶片 ——镍基高温合金 一、零件的结构特点 涡轮叶片一般指涡轮工作叶片和导向叶片。 工作叶片的外型结构由叶身、缘板、过渡段、榫齿等组成，内型结构包括横向肋、纵向肋、找流柱和积叠轴。导向叶片由外缘板、叶身和内缘板构成。涡轮是处于燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室中产生的高温高压燃气首先经过燃气导向叶片，此时会被整流并通过在收敛管道中将部分压力能转化为动能而加速，最后被赋予一定的角度以更有效地冲击涡轮工作叶片。涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位。 在涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀，以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。 涡轮叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，

而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键。目前航空发动机涡轮叶片都采用空心结构。就是在涡轮叶片上设计了很多细小的管道，可以使高压冷空气通过这些管道流经高温叶片，起到强制冷却作用，以提高涡轮的耐热性能。为了提高航空发动机中燃气涡轮的效率，增加航空发动机推重比，就必须提高发动机燃烧室出口燃气温度也即涡轮前的进口温度。也就必须提高涡轮叶片（导叶+动叶）的高温性能。为此,人们在涡轮叶片设计、高温材料的研制、冷却方法研究及表面涂层等方面作了大量的工作。 二、材料的发展过程、分类、性能、组织 镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合金的发展趋势见图1。

铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理

铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理

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铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理 一、实验目的: 掌握铝合金熔炼的基本原理，并应用在熔炼的实践中。熔炼是使金属合金化的一种方法,它是采用加热的方式改变金属物态,使基体金属和合金组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度、铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。因此,熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法,它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模(结晶器)中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等)的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。铝合金的铸锭法有很多,根据铸锭相对铸模(结晶器)的位置和运动特征,可将铝合金的铸锭方法分类如下: 二、实验内容： 铝铜合金熔炼基本工艺流程

三、实验要求 严格控制熔化工艺参数和规程 1. 熔炼温度 ?熔炼温度愈高,合金化程度愈完全,但熔体氧化、吸氢倾向愈大,铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。通常,铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上５0~10０℃的范围内。从图1的Aｌ-Cｕ相图可知，Aｌ-５%Cu的液相线温度大致为660～670℃,因此，它的熔炼温度应定在7１0(７2０)℃～76０（770）℃之间。浇注温度为７３０℃左右。

铝合金铸造工艺

铝合金铸造工艺 一、铸造概论 铝合金铸造的种类如下： 由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 (1)流动性 流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力(俗称浇注压头)的高低。 (2)收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷 到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性 对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。

铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包括液体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶的枝晶间。 缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成分散性缩孔，因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。对易产生分散疏松的铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。 ②线收缩 线收缩大小将直接影响铸件的质量。线收缩越大，铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状变化也越大。 对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况而定。 (3)热裂性 铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。

北京科技大学铸造答案doc

习题五 班级姓名成绩 一、试对轴承盖铸件，选择两个可能的分型面，用符号表示在图上，并比较其优缺点，按你认为最好的分型面用符号表示出加工余量、拔模斜度和型芯轮廓，并指出造型方法。 材质：HT150 数量：单件生产 技术要求：保证φ126与φ90、φ74同心 二、如图所示的具有大平面的铸件，有下列几种分型面和浇注位置方案，合理的是（ A ）。 三、下图所示铸件为连接盘，试分析在单件小批生产时的分型面和浇注位置。

四、简述铸件选择分型面的一般原则，并在下图水管堵头的图中画出其合理的分型面位置。 五、试选择下图飞轮铸件的分型面和浇注位置，并说明理由。

分型面应往下移 六、标出下图所示铸件的最佳分型面和浇注位置，并简述理由。 七、下图铸件所示为轴承座，试分析在单件小批或成批生产时的分型面位置及造型方法。

八、何为零件图、铸件工艺图、木模图及铸型合箱图? 答：零件图：完整表达零件形状、尺寸和各种精度的工程图。 铸件工艺图：在零件图上表达出铸件形状、尺寸和各种铸造工艺过程的图。 木模图：从铸件工艺图上扒下的、用于表达做铸型的木模的形状和尺寸的图。 铸型合箱图：从铸件工艺图上扒下的、用于表达包括浇注系统在内的铸型合箱后的图。 九、通常，砂型铸造的浇注系统有哪几部分组成，其功能是什么？ 答： 浇注系统的组成：①外浇口②直浇口③内浇口④横浇口 浇注系统功能：①平稳地将金属液充满型腔，避免冲坏型壁和型芯； ②挡住熔渣进入型腔 ③调节铸件的凝固顺序 十、何为特种铸造？常用的特种铸造有哪四种？各适合生产什么铸件？ 答： 特种铸造：砂型铸造以外的铸造方法的统称。 常用特种铸造有：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造四种；它们分别适合大批低熔点金属铸件、结构复杂不切削小型铸件、大批小型低熔点有色铸件和大批瓦类或套类铸件。 习题六 班级姓名成绩

各种铸造铝合金牌号的主要特点及应用

各种铸造铝合金牌号的 主要特点及应用 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

各种铸造铝合金牌号的主要特点及用途 ZL101的特点是成分简单，容易熔炼和铸造，铸造性能好，气密性好、焊接和切削加工性能也比较好，但力学性能不高。适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，如泵的壳体、齿轮箱、仪表壳（框架）及家电产品上的零件等。主要采用砂型铸造和金属型铸造。 Zl101A 由于是在ZL101的基础上加了微量Ti，细化了晶粒，强化了合金的组织，其综合性能高于Zl101、ZL102，并有较好的抗蚀性能，可用作一般载荷的工程结构件和摩托车、汽车及家电、仪表产品上的各种结构件的优质铸件。其使用量目前仅次于ZL102。多采用砂型和金属型铸造。（ZL101A合金是以ZL101合金为基础严格控制杂质含量，改进铸造技术可以获得更高的力学性能。铸造性能，耐腐蚀性能和焊接性良好。用于铸造各种壳体零件，飞机的泵体、汽车变速箱、燃油箱的弯管等） Zl102 这种合金的最大特点是流动性好，其它性能与ZL101差不多，但气密性比ZL101要好，可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件和强度要求不高的薄壁、大面积、形状复杂的金属或砂型铸件。不论是压铸件还是金属型、砂型铸件，都是民用产品上用得最多的一个铸造铝合金品种。 Zl104 因其工晶体量多，又加入了Mn，抵消了材料中混入的Fe有害作用，有较好的铸造性能和优良的气密性、耐蚀性，焊接和切削加工性能也比较好，但耐热性能较差，适合制作形状复杂、尺寸较大的有较大负荷的动力结构件，如增压器壳体、气缸盖，气缸套等零件，主要用压铸，也多采用砂型和金属型铸造。 Zl105、ZL105A

铝合金铸造工艺简介

铝合金铸造工艺简介 一、铸造概论 在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛，是其他合金所无法比拟的，铝合金铸造的种类如下： 由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 (1) 流动性 流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。 实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。 (2) 收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。 铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包括液体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在

北京科技大学焊接答案doc

习题九 班级姓名成绩 一、焊接方法分类如何？手工电弧焊属于哪一类？为什么？ 答：焊接方法分类：熔化焊，压力焊，钎焊。 手工电弧焊属于熔化焊。 因为有填充金属，其熔化后形成熔池，熔池凝固形成焊缝。 二、从减少焊接应力的角度考虑，拼焊如图所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。 答：先焊接短的焊缝；再焊接长的。 三、焊接应力产生的根本原因是什么？减少和消除焊接应力的措施有哪些？ 答：金属材料具有热胀冷缩的基本属性。由于焊件在焊接过程中是局部受热且各部分材料冷却速度不同，因而导致焊件各部分材料产生不同程度的变形，引起了应力。焊接时局部加热是焊件产生应力与变形的根本原因。 减小焊接应力的工艺措： （1）选择合理的焊接顺序；设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。（2）预热法即在焊前将工件预热到350～400℃，然后再进行焊接。预热可使焊接金属和周围金属的温差减小，焊后又比较均匀地同时缓慢冷却收缩，因此，可显著减小焊接应力，也可同时减小焊接变形。 （3）焊后退火处理这也是最常用的、最有效的消除焊接应力的一种方法。整体退火处理一般可消除80%～90%的焊接应力。

四、制造如图所示的卧式贮罐，壁厚为16mm，人孔直径450mm，人孔管高250mm，排污管120×10（mm），原材料是16Mn（化学成分为0.16%C，1.4%Mn。0.4%Si），钢板尺寸2000×5000×16（mm）生产数量：3台 1.画出贮罐外表图，并表示出焊接缝布置。（接管焊缝不标） 2.选择下表所列的焊接方法、接头型式和坡口形状 3.简述石油贮罐的组装和焊接顺序 答：1）焊接筒身纵想焊缝； 2）焊接筒身的环焊缝及两边的封头； 3）焊接人孔和排污管。 五、阐述电弧焊的冶金特点： 答：答：电弧焊的冶金过程特点①焊接电弧和熔池金属的温度远高于一般的冶金温度，氧化、吸气、蒸发现象严重；②熔池体积小，周围又是温度低的冷金属，熔池处于液态的时间很短，冷却速度极快，冶金反应不完全，易产生气孔、夹渣等缺陷；焊件形成较大的热应力。

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一) 装料 熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。装料的原则有： 1、装炉料顺序应合理。正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制。 装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。熔点易氧化的中间合金装在中下层。所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。 小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。中间合金有的熔点高，如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散；使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。 炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。 炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。 2、对于质量要求高的产品（包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等）的炉料除上述的装料要求外，在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂，在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂，这样可提高炉体的纯洁度，也可以减少损耗。 3、电炉装料时，应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm，否则容易引起短路。 熔化 炉料装完后即可升温。熔化是从固态转变为液态的过程。这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。 A、覆盖 熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，其用量见表。这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 覆盖剂种类及用量 炉型及制品电气熔炼煤气炉熔炼 覆盖剂用量普通制品特殊制品普通制品特殊制品 （占投量） /% 0.4-0.5 0.5-0.6 1-2 2-4 覆盖剂种类粉状熔剂 Kcl：Nacl按1：1混合 B、加铜、加锌 当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入锌锭或铜板，以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。 这时应强调的是，铜板的熔点为1083℃，在铝合金熔炼温度范围内，铜是溶解在铝合金熔体中。因此，铜板如果加得过早，熔体未能将其盖住，这样将增加铜板的烧损；反之如果加得过晚，铜板来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时，应尽量避免更换电阻丝带，以防脏物落入熔体中，污染金属。 C、搅动熔体 熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛温度高达1200℃，在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化之后，应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化.

铝合金件金属型铸造工艺附设备

铝合金件金属型铸造工艺及设备 发布时间：2010-03-05 09:34:04 阅读：27次 1．概述 铝合金件金属型铸造方法由于其生产率高、劳动环境清洁、铸件表面光洁和内部组织致密等优点而被广泛应用。尤其是汽车发动机部件，日、美、英、德和意等工业发达国家很多采用金属型重力浇注方法生产汽车发动机铝缸体、铝缸盖和铝活塞。近几年，我国许多厂家也引进先进金属型设备或自制设备生产汽车发动机缸盖、进气管和活塞等铝铸件。金属型铸铝技术也广泛应用于航空、航天、高压电器、电力机械以及仪器仪表等行业。铝合金件金属型铸造与其他一些铸造方法（压铸、低压铸造和砂型铸造等）相比主要具有如下几方面的优势： 1）几何尺寸和金相组织等综合质量好。 2）较低压及高压铸造工艺灵活，可生产较复杂铸件。 3）更有利于大批量生产，实现高度自动化和简化维修；在同等生产规模下，与高、低压铸造相比，铸造设备和金属型等工装的一次性投资更低。 2．铝合金件金属型铸造工艺技术 （1）铝合金件金属型铸造工艺设计金属型铸造工艺设计关键是铸件浇注位置的确定、浇冒系统的设计和模具工作温度的控制和调节。 l）铸件浇注位置。它直接关系到金属型型芯和分型面的数量、金属液导入位置、排气的通畅程度以及金属型结构的复杂程度等，从而决定金属型加工和操作的难易程度以及铸件冷却温度分布，进而影响铸件的生产效率，尺寸精度等内、外质量。因此，铸件浇注位置是铸造工艺设计首先考虑的重要环节。 2）浇冒系统。铸件浇冒系统设计决定铸件内、外质量。浇冒系统应具有撇渣、排气和补缩功能，同时应保证铸件合理的凝固、冷却温度场。正确、合理的浇冒系统除凭经验估算外，附算机数值模拟可直观地预测铸件凝固过程温度场，显示铸件可能产生缩松（孔）的危险部位，从而指导工艺设计，并通过调整浇冒系统结构和尺寸、金属型结构、控制冷却速度或调整涂料层厚度等手段调节温度场、消除铸造缺陷，如采用底注式浇注的汽车发动机铝缸盖的毛坯，尽管采取在上部设置几乎超过铸件重量的大冒口和底部强制通水冷却的工艺措施也难以调整合理的顺序凝固的温度场，难以消除底部内浇口周围过热而造成的缩松缺陷。某厂引进法国Sifa公司铝合金金属型铸造机正是采用这种浇冒系统，生产工艺不稳定。百分之百的缸盖需浸渗，对于缩松严重的缸盖即使浸渗也满足不了耐压要求；而从冒口直接注入铝液，铝液经过陶瓷过滤器净化后进人型腔，保证了铸件合理的冷却梯度，即自下而上的顺序凝固方式，消除了缩松缺陷，缸盖成品率

(完整word版)2219铝合金力学性能及生产加工工艺

2219铝合金具有比强度高,低温和高温力学性能好,断裂韧度高,抗应力腐蚀性能好等特点，适用于在高温315℃下工作的结构件、高强度焊接件，在航天和航空得到广泛的应用。2219铝合金属于可热处理强化形变形铝合金，在固溶时效处理之后，铝合金的力学性能得到很大提高。 一、化学成分 2219 铝合金管材的化学成分应符合 GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》国标的规定，具体化学成分见表 1。 表 1 2219铝合金的化学成分 Cu Mn Si Zr Fe Mg Zn V Ti Al 5.8~ 6.80.2~0.4≤0.20.1~0.25≤0.3≤0.020.100.05~0.150.02~0.1Ba 二、2219铝合金的主要性能 不同热处理状态下的2219铝合金在20°C 时的体积电导率为44/%IACS(O态)、28/%IACS(T31、T37、T351 态)、30/%IACS(T62、T81、T87、T851 态)；不同状态的 2219 铝合金在20 °C 时的电阻率为39/nΩ·m(O 态)、62/nΩ·m(T31、T37、T351 态)、57/nΩ·m(T62、T81、T87、T851 态)；各种状态下的2219 铝合金在20 °C 时的电阻温度系数均为0.1/ nΩ·m·K-1。其中T3 表示经过热处理之后再冷加工处理，最后自然时效到基本稳定的状态，第二位数字表示经过热处理之后进行冷加工的变形量。T62 适用于退火态或者自由加态的材料，经过固溶热处理之后，进行人工时效的产品。T8 表示经过固溶热处理之后进行经冷加工，最后人工时效的状态，第二位数字代表冷加工时，对材料进行的变形量。此外，在上述所述热处理状态的代号后面添加“51”，表示产品进行了消除应力处理。 2219-O热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为175 MPa、75 MPa、18 %以及73 GPa；2219-T42 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、185 MPa、20 %以及73 GPa；2219-T31和2219-T351热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、250 MPa、17 %以及73 GPa；2219-T37 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为395 MPa、315 MPa、11%以及73 GPa；2219-T62 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为415 MPa、290 MPa、10%以及73 GPa；2219-T81 和2219-T851 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为455 MPa、350 MPa、10 %以及73 GPa；2219-T87 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为475 MPa、395 MPa、10 %以及73 GPa。 三、加工工艺 a.铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。 1、熔铸是铝材生产的首道工序。主要过程为：（1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。（2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。（3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。 2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。 3、氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。其主要过程为：（1）表面预处理：用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程

铝合金熔炼与铸造工艺 规范与流程 Revised by Chen Zhen in 2021

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程 资料来源：全球铝业网铝业知识频道一、铝合金熔炼规范 （1）总则 ①按本文件生产的铸件，其化学成分和力学性能应符合GB/T 9438-1999《铝合金铸件》、JISH 5202-1999《铝合金铸件》、ASTM B 108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T 15115-1994《压铸铝合金》、JISH 5302-2006《铝合金压铸件》、ASTM B 85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。 ②本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气（天然气）炉内进行。一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。 （2）配料及炉料 1）配料计算 ①镁的配料计算量：用氯盐精炼时，应取上限，用无公害精炼剂精炼时，可适当减少；也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝合金压铸时，为了减少压铸时粘模现象，允许适当提高铁含量，但不得超过有关标准的规定。 2）金属材料及回炉料 ①新金属材料 铝锭：GB/T 1196－2002《重熔用铝锭》

铝硅合金锭：GB/T 8734-2000《铸造铝硅合金锭》 镁锭： GB 3499-1983《镁锭》 铝铜中间合金：YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金：YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 各牌号的预制合金锭：GB/T 8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH 2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTM B 197-03《铸造铝合金锭》、JISH 2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80％，其中破碎重熔料不超过30％；对于不重要的铸件可全部使用回炉料；对于有特殊要求（气密性等）的铸件回炉料用量不超过50% 。 3）清除污物 为提高产品质量，必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前除去（可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件）。 4）炉料预热 预热一般为350～450℃下保温2～4h。Zn、Mg、RE在200～250℃下保温2～4h。在保证坩埚涂料完整和充分预热的情况下，除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃材料外的炉料允许随炉预热。