近年来铸造行业的发展趋势

近年来铸造行业的发展趋势　　

       历史悠久的铸造技术发展到现代铸造技术或液态凝固成形技术和熔模铸造，不仅与金属和合金结晶凝固理论研究的深化和发展、各种凝固技术的不断涌现和完善、计算机技术的应用等有关，还与化学工业、机械制造业、制造方法和技术的发展密切相关。

　　(1)凝固理论的发展结晶和凝固是铸件形成过程的核心，它决定了铸件结构和缺陷的形成，以及其性能和质量。近30年来，借助于物理化学、金相学、非平衡态热力学和动力学、高等数学和计算数学，金属凝固理论中的传热、传质和固液界面的研究取得了很大进展，不仅使人们对许多条件下的凝固过程和组织特征有了深刻的认识，而且促进了许多凝固技术和液态凝固成形方法的提出、发展和生产应用。例如，凝固理论建立了铸件冷却速度、晶粒尺寸和铸件机械性能之间的某种函数关系，从而为控制铸造工艺参数和铸件机械性能提供了依据。

　　(2)凝固技术的发展控制凝固过程是开发新材料和提高铸件质量的重要途径。顺序凝固技术、快速凝固技术、复合材料的获得、半固态金属铸造技术等是集中的代表。

　　1.顺序凝固技术。所谓顺序凝固技术，就是使液态金属的热量向某一方向排出，或者通过液态金属向某一方向快速凝固，使晶粒在某一方向生长(凝固)，从而获得单向晶粒组织或单晶组织的铸件的工艺方法。随着冷却和控制技术的不断进步，放热的强度和方向性不断提高，从而增加了固液界面前沿液相中的温度梯度，不仅提高了晶粒生长的方向性，而且使显微组织更加细长平直，取向区延长。顺序凝固技术已广泛应用于铸造高温合金燃气轮机叶片的生产。由于定向生长结构的优良力学性能，叶片的工作温度大大提高，从而提高了航空发动机的性能。顺序凝固技术的新进展是制造单晶铸件，如单晶涡轮叶片，比一般柱状晶叶片具有更高的工作温度、热疲劳强度、抗蠕变性和耐腐蚀性。采用高温合金单晶叶片的航空发动机有效地提高了发动机的推力和效率，大大改善了发动机的性能。

　　2.快速凝固技术是指在比常规工艺条件下的冷却速率(10-4 10K/秒)快得多的冷却条件下(103-109 K/S)将液态合金转变为固态的工艺方法。它使合金材料具有优异的组织和性能，如非常细小的晶粒(通常甚至是纳米级晶粒)，合金元素的偏析缺陷和高度弥散的超细析出相，材料的高强度和韧性。快速凝固技术可以使液态金属脱离常规的结晶过程(形核和生长)，直接形成具有非晶结构的固态物质，即所谓的金属玻璃。这类非晶态合金具有长程无序结构，因其特殊的电学、磁学、电化学和力学性能而得到广泛应用。如用作控制变压器的核心材料、计算机磁头及外围设备中零件的材料、纤维焊接材料等。快速凝固正受到越来越多的关注。3.复合材料制备凝固技术的另一个发展是用于复合材料的制备。所谓复合材料，就是在非金属或金属基体中引入增强相或特殊成分，通过控制凝固，使增强相按所需方式分布或排列的具有特殊性能的材料。由于基体的高度断裂和增强相的存在，复合材料可以表现出与普通单相材料不同的性能，如高强度、良好的高温性能和抗疲劳性能。已经开发了多种用于制备复合材料的技术方法，例如通过顺序凝固技术制备的原位复合材料。这一领域的应用前景将越来越广阔。

　　4.经过20多年的研发，半固态金属铸造技术和熔模铸造模具技术已经进入工业应用阶段。其原理是在液态金属凝固过程中，强烈的搅拌(可以采用机械、电磁或其他方法)可以打破普通铸造中容易形成的枝晶网络框架，形成弥散的粒状结构，从而使半固态液态金属具有一定的流动性。然后，传统的成形技术如压铸、挤压和模锻可用于生产毛坯或铸件。半固态金属铸造克服了传统铸造的缺点，如缩孔、疏松、气孔和尺寸偏差。它具有许多优点，如成形温度低，延长模具寿命，节约能源，改善生产条件和环境，提高铸件质量(减少气孔和凝固收缩)，减少加工余量。半固态金属成形技术将成为21世纪极具发展前景的近净成形技术之一。

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