篇一：铸造论文
稀土金属在铸造铝合金中的应用
学院机电工程学院
班级2014级材料成型及控制技术
学号2014045051105 姓名徐磊
成绩
2016年11月10日
稀土金属在铸造铝合金中的应用
摘要：介绍了稀土在铭合金铸造中的作用,以及它对铝合金组织性能的影响。认为应用稀土变质和精炼工艺为创造环保型铸造业提供了一种极好的选择,而且是提高我国应用及开发稀土新材料技,实现稀土资源优势向技术优势转化的根本出路。关键词:铭合金;稀土元素;组织性能
1稀土在铸造铝合金中的作用
稀土元素的原子半径大于常见金属Al,Mg等,因此稀土元素在这些金属中的固溶度极低,几乎不能形成固溶体;由于稀土元素具有很高的化学活性,稀土元素在化学反应中异常活泼,极易与气体(如氧)、非金属(如硫)及金属作用,生成相应稳定的化合物;这些新形成的化合物多数是溶点高、密度小、化学性质稳定的材料,稀土元素在金属中的作用大体可归纳为如下几个方面:
,
.1精炼作用
稀土元素易与氧、氢、氮等气体生成REZO3,REH,REH3,在250一300℃时RE与N作用生成难熔的REN,特别是稀土有较强的去氢作用,添加稀土的铝合金氢的含量明显降低,这主要是由于稀土与氢有较大的亲合力,能大量吸附和溶解氢,稀土与氢的化合物熔点较高,并且弥散分布于铝液中,这部分以化合物形成的氢不会聚集形成气泡,故可降低铝的含氢量和针孔率t’礼4/3〔RE〕+2〔O〕针2/3REZO:(固)[RE」十【H]叶REH(固)此外,稀土与硫、磷、锑、砷等元素也及易化合,形成RES,RE3S4,RESS7,REP,RESb,REAs等化合物,反应生成的稀土化合物,熔点高、比重轻,上浮成渣,而它们的微小的质点则成为铝结
晶过程的异质晶核
.
1.2变质作用稀土元素原子半径为0.174一0.204mm,比铝原子半径0.143mm大,它易填补铝合金相的表面缺陷,阻碍晶粒长大,具有晶细化粒作,使枝晶网络更为清晰,从而改善合金的热塑性.稀土化合物微小的固态质点提供了异质晶核或在结晶界面上偏聚阻碍晶胞的长大,为钢液结晶细化提供了较好的热力条件.此外,铝与稀土形成化合物在金属液中可作为晶核,提高金属形核率.试验表明2lJ,稀土对铝合金具有良好的变质效果.在铝合金(ZLI01)中加人0.1%混合稀土时,共晶硅呈不规则颗粒状和少许短棒状加人量在0.1%一0.6%之间,共晶硅颗粒不断细化,继续增大加人量时,共晶硅仍然细小,但凝固组织中出现稀土元素偏析现象 .
同时,稀土的变质作用具有长效及重熔稳定性的特点,比用钠(Na)、铭(Sr)作为变
质剂具有明显的优点.稀土的变质作用只受共晶硅变化的影响,张卫文等I3]在研究中发现过共晶Al一si合金在采用稀土变质时出现不完全共晶组织,同时进一步对产生机理进行探索,指出为使合金的组织均匀化,应使初晶分布均匀,必须尽量抑制共晶Si成为领先相,由此可采取加大冷却速度,搅拌熔体等措施.王经涛等[4J指出:在Al一Mg和Al一Li合金中加人微量稀土能细化枝晶,减小枝晶距离,但稀土对铝合金枝晶的细化效果与铝合金中原有合金元素的种类和数量直接相关.廖恒成等sl]研究了混合稀土对s渡质过共晶Al一Si合金组织的影响指出:0.041%S;变质的Al一11.6%Si合金中加人稀土可使枝晶a的主干长度减小,二次枝晶间距增大,同时稀土在一定程度上削弱了Sr的变质效果;由于稀土金属的净化、调质作用,对有色金属都能起到细化晶粒,提高再结晶温度,从而对铸造合金能显著地改善工艺性能,对变型合金能显著地提高加工性能;对镍、钻基的耐热合金能提高抗氧化和抗高温腐蚀的能力,对超硬合金可以改善韧性和耐磨性.这些性能的改善,都显著地提高了生产企业及使用单位的经济效益,并能为国家减少这些宝贵资源的消耗.1.3对机械性能的影响在工业纯铝中加人稀土可以降低电阻并可提高延伸率,但不能提高抗拉强度,这是由于稀土在纯铝中溶解度很小,所以稀土对纯铝强度作用小.若在铝合金中加人稀土,机械性能将有较大改善如表1所示leJ.孟繁琴171指出:复合变质处理Al一21%一23%si合金时,氏,占可分别提高11%一38%,18%一53%.铁在铝合金中是有害杂质,万分之几的铁也可形成Al+FeA13的共晶硅,大多数含铁相的结晶组织都十分粗大,直接影响合金的机械性能,而且降低铝合金的流动性,增加组织不均匀性,添加稀土可使晶粒细化,改善铁相的存在形态,使机械性能与铸造性能都有所改善.由于稀土与铝合金形成弥散分布的高熔点的稀土化合物8l],它与基体之间结合牢固,这就消除了分布在晶界的微量杂质的有害作用,稀土与杂质形成化合物,在晶界析出,改变了原来的固溶存在方式,使夹杂物量降低.同时又起到强化稳定晶界的作用,延缓了合金元素在高温下的扩散速度,提高了合金的耐热性.稀土加入合金中使氢氧和夹杂物量降低,又细化了晶粒和枝晶网络,稀土与非金属元素作用产生高溶点的化合物弥散于基体中,稀土与金属元素生成高溶点的金属间化合物,即消除粗大块状组织,又稳定晶界,这些都起到了提高材料强度的作用.稀土的引人提高了含稀土合金材料的耐腐蚀性和抗高温氧化性能.稀土元素的加人在铸造、锻造、焊接、热处理及表面涂层技术中也作了一些研究,许多都取得了好的效应,但稀土元素在这些热工艺过程中及制件中所起的作用机理有待进一步开发研究。 表1加稀土与未加稀土的铝合金的性能比较
合金材料导热系数J/cms.OC
线膨胀系数。·10一今K
18.3~18.9
弹性模量
E/MPa
高温强度(so00e)
口、/初巧
Al一24SIRE1.721107~147
Al一24511.59518.7~20.18692684~98
尺寸(体积)
稳定性/%
0.005~0.01
0.01~0.02
2稀土在有色金属中的应用
2.1稀土在铝合金中的应用19一’“】l)稀土在铝电线、电缆中的应用目前我国的稀土铝导线主要有高强度稀土铝合金电缆,成份为Al一Mg一Si一RE,用于高压输电线路,它的抗拉强度达到26kg/mm,,弧垂性能和弯曲性能好,使用寿命长.高导电铝电线,成份为Al一RE,稀土的加人量为0.15%一0.3%.在较高温度下(<150℃)使用的高导电稀土铝导线其成份为Al一zr一RE,其载流量为
第2期樊刚,程钢:稀土金属在铸造铝合金中的应用巧竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺纯铝线的1.6一2.0倍,用作大电流导线.2)6063稀土铝合金及应用这是一种最常用的变形合金,多用于工业和民用建筑,在该合金熔炼过程中加人0.20%一0.25%的稀土金属,抗拉强度提高24%,挤压速度提高0.5倍,成材率提高3%,并改善了表面质量,增加了耐蚀性和着色性.另外还有添加稀土的Al一Si一M(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸体和活塞.3)稀土锌铝热镀合金为防止钢材腐蚀,通常用Zn一Al热镀合金(Galfan)比镀锌具有更好的加工成形性和耐腐蚀性,但锌耗较高,耐蚀性也有待改善.近年Zn一Al一Mg一RE热镀合金开发成功并投人生产.这种稀土热镀合金的流动性、耐蚀性、镀层的形成性能都优于锌和Zn一Al合金.4)稀土铝合金我国研制的含稀土耐热铸造铝合金HZL206,与国外含镍的合金比较,具有优越的高温和常温力学性能,并已达到国外同类合金的先进水平.现已用于直升机和歼击机工作温度达300℃的耐压阀门,取代了钢和钦合金.减轻了结构重量,已投人批量生产.稀土铝硅过共晶ZLll7合金在200一300℃下的拉伸强度超过德国活塞合金KS280和KS282,耐磨性能比常用活塞合金ZL108提高4一5倍,线膨胀系数小,尺寸稳定性好,已用于航空附件KY一5,KY一7空压机和航模发动机活塞.稀土元素加人铝合金中,明显改善显微组织和机械性能.2.2稀土在其它有色金属中的应用l)稀土铜耐磨合金一般轴瓦材
料用锡青铜(即巴氏合金),但价格较贵.稀土耐磨铅青铜合金(RPH)的使用寿命是巴氏合金的1.5倍,而吨成本比后者又降低了5000一6000元.目前已在纺织机械中使用.2)稀土硬质合金硬质合金用于金属切削、钻头、模具等方面,其硬度大、强度高,但抗弯性差、易打损.稀土添加剂同粘结剂与硬质相WC,TIC一起球磨钦,制备硬质合金原料粉,再经压型烧结工艺过程生产的硬质合金,抗弯强度提高约巧%,硬度提高0.SRHA,使用寿命提高一倍以上.3)稀土镁合金汇,01稀土镁合金比强度高,对减轻飞机重量,提高战术性能具有广泛的应用前景.中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有10个牌号,很多牌号已用于生产,质量稳定.稀土元素在镁合金中溶解度大,因而有明显的热处理强化作用.在铸造和变型镁合金中加人金属钦、忆显著地提高强度和工艺性能.目前已工业生产的铸造镁合金有ZMZ,ZM4,ZM6;变型稀土镁合金有BM6,BM25.另外稀土镁合金在医学工程上的应用也在研究中,目前该材料正在做医学生物实验,有望用稀土镁合金作为人工骨接材料代替现用金属夹具,减少病人第二次取出夹具的手术,这又将开辟稀土镁合金一个新的广阔的应用天地.
3稀土在有色金属中的应用前景
由于稀土金属的原子半径大,极易失掉最外层2个:电子和次层的5d一个电子或4厂的一个电子,而成三价离子.因此稀土金属在化学反应中异常活泼,极易与其它物质反应.又由于稀土元素具有电子未完全充满4f层的特性,而引导出各种磁、电和光的特性效应以及其它特殊性能.稀土元素的这些有吸引力的性能及广阔的潜在用途,引起了材料科学家的极大重视及广泛的研究.稀土在有色金属及合金中应用开发潜力大,但开发的深度和广度不够.目前稀土在有色金属及其合金中应用研究表明,对加人稀土元素有明显效果的有铝、铜、镁、钦、钥、镍、钻、担、妮及铂族金属等,稀土金属在这些有色金属及合金中的添加量通常不少于0.5%,但产生的效果极为显著.目前除稀土在铝导线和少部分铝合金上的应用开发达到工业化规模外,在其它有色金属及合金中的应用,还未达到工业规模.我国生产的稀土铝电缆年产约30万t,稀土在有色金属中的用量呈逐年递增的趋势. 昆明理工大学学报第27卷
稀土元素独特的物理化学性质,决定了它们具有极为广泛的用途.稀土元素具有独特的4厂电子结构,大的原子磁距,很强的自旋轨道藕合等特性,与其它元素形成稀土配合物时,配位数可在3一12之间变化,并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的.在新材料领域,稀土元素丰富的光学、电学及磁学特性得到了广泛应用.在高技术领域,稀土新材料发挥着重要的作用.稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存
篇二：铸造论文
砂型铸造的结构设计
摘要：进行铸件设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能的要求，还必须考虑铸件工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。铸件的结构是否合理，即其工艺结构是否良好，对铸件的质量和生产率及其成本有很大的影响。
本章介绍砂型铸件对结构设计的主要要求，在学习过程中将全部能容划分为两节：
第一节 铸件结构与铸造工艺的关系，本节主要介绍了铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合型和清理过程简化，并为实现机械化生产创造条件。其中对铸件结构的要求概括为六点：
1. 尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。 2. 尽量使分型面为平面。
3. 凸台和筋条结构应变于起模。
4. 垂直于分型面上的不加工表面最好有结构斜度。 5. 尽量不用和少用型芯。
6. 应有足够的芯头，以便于型芯的固定、排气和清理。
第二节 铸件结构和合金铸造性能的关系，本节主要介绍了铸件的一些主要缺陷，如缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不到、冷隔等，有时候是由于铸件的结构不够合理，未能充分考虑合金的铸造性能（如冲型能力、收缩性等）要求所致。因此，设计铸件时必须按类别考虑以下所列的各方面：
篇三：铸造 论文
铸造工艺
内容提要：铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000
在公元前1700～前1000
工艺上已达到相当高的水平。铸造是指将固态金属溶化为液态倒入特定形状的铸型，待其凝固成形的加工方式。被铸金属有：铜、铁、铝、锡、铅等，普通铸型的材料是原砂、黏土、水玻璃、树脂及其他辅助材料。特
（原砂包括：石
关键词：铸造工艺、技术、成型工艺
，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间．铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。
铸造的分类
1
3类。2
3、砂型铸造的方法又可分为：湿型4、砂芯的制造方法是根据砂芯尺寸、形状、在生产中，从总体上可分为手工制芯和机器制芯。
按照成型工艺可分为
1.重力浇铸：砂铸，硬模铸造。依靠重力将熔融金属液浇入型腔。2.压力铸造：低压浇铸，高压铸造。依靠额外增加的压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。
铸造工艺通常包括
①铸型
准备，
铸型按所用材料可分为砂②铸造金属的熔化与磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造
习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能
防止金属烟雾的逸散，
密闭化，安装局部排风除尘设备，回收氧化锌。加强全面通风、戴防烟雾口罩可作为辅助性措施。
工艺流程
随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展，不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。
以应用最广泛的砂型铸造为例，
铸型准备包括造型材料准备和造型、造芯两
材料准备的任务是按照铸件的要求、
选择合适的原砂、粘结剂和辅
料，常用的混砂设
铸件自浇注冷却的铸型中取出后，带有有浇口、冒口、金属毛刺、披缝，砂型铸进行这种工作的设备有磨光机、 殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。 铸造工艺原理
1． 铸造
铸造还可按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。广义
的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）作用下注入铸
型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。
2． 砂型铸造
砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。旭东精密铸件厂为改变木模易变形、易损坏等弊病，除单件生产的砂型铸件外，全部改为尺寸精度较高，并且使用寿命较长的铝合金模具或树脂模具。虽然价格有所提高，但仍比金属型铸造用的模具便宜得多，在小批量及大件生产中，价格优势尤为突出。此外，砂型比金属型耐火度更高，因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙。不过，旭东精密铸件厂集多年的技术积累，已大大改善了砂型铸件的表面状况，其抛丸后的效果可与金属型铸件媲美。
3． 金属型铸造
是用耐热合金钢制作铸造用中空铸型模具的现代工艺。金属型既可采用重力铸造，也可采用压力铸造。金属型的铸型模具能反复多次使用，每浇注一次金属液，就获得一次铸件，寿命很长，生产效率很高。金属型的铸件不但尺寸精度好，表面光洁，而且在浇注相同金属液的情况下，其铸件强度要比砂型的更高，更不容易损坏。因此，在大批量生产有色金属的中、小铸件时，只要铸件材料的熔点不过高，一般都优先选用金属型铸造。但是，金属型铸造也有一些不足之处：因为耐热合金钢和在它上面做出中空型腔的加工都比较昂贵，所以金属型的模具费用不菲，不过总体和压铸模具费用比起来则便宜多了。对小批量生产而言，分摊到每件产品上的模具费用明显过高，一般不易接受。又因为金属型的模具受模具材料尺寸和型腔加工设备、铸造设备能力的限制，所以对特别大的铸件也显得无能为力。因而在小批量及大件生产中，很少使用金属型铸造。此外，金属型模具虽然采用了耐热合金钢，但耐热能力仍有限，一般多用于铝合金、锌合金、镁合金的铸造，在铜合金铸造中已较少应用，而用于黑色金属铸造就更少了。旭东精密铸件厂的金属型模具全部是自行设计、自行制造，因而能更及时地为客户提供价廉、适用的优质模具。
4． 压铸
压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造，是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高，材料损耗少，生产效率比冷室压铸机更高，但受机件耐热能力的制约，目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件，由
于熔点较高，只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔，并在高压下成形、凝固，压铸件的不足之处是：因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中，不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部，形成皮下气孔，所以铝合金压铸件不宜热处理，锌合金压铸件不宜表面喷塑（但可喷漆）。否则，铸件内部气孔在作上述处理加热时，将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外，压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些，一般在0.5mm左右，既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密层，露出皮下气孔，造成工件报废。
【参考文献】
[1]丁德全主编.金属工艺学【M】，北京；机械工业出版社，2000.5.
[2] 邓文英、郭晓鹏主编.金属工艺学【第五版】，北京；高等教育出版社，2008.4.
[3]陆文华、李隆盛、黄良余.铸造合金及其熔炼.北京；机械工业出版社,2002年.
[4] 薛连通.铸工生产实习.北京；中国劳动出版社,1991年.
[5] 赵庆鹏.铸工工艺学【第二版】.北京；中国劳动出版社,1991年.
[6] Schleg F,Kanicki D P.铸造和造型工艺指(英).Eng.Cast.Solut.,2000,2(3): 18～27
[7] M. AshrafSheik. Production of carbide—free thin ductile iron castings.
Journal of University of Science and Technology Beijing[J],Volume 15,Number 5，October 2008,Page 552
[8] BATES C E．PATTERSON B Volumetric changes occurring duringthe freezing of
hypereutectic nodular iron．Trtmsactiona AFS.2011:323—334．
[9]Zhou Gen.feasibility and practice of nodular iron casting feeder-less
production.China foundry[J],2006,1.
[10]H.Roedter..铸造技术[J],2009,(10):1241.
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