铸造生产新技术给传统铸造工艺带来新的发展机遇

机器人

铸造工艺历史久远、应用广泛，但由于生产过程复杂，铸件质量和生产效率仍不够理想。随着基础理论研究的深人和现代科学技术的高速发展，以及多学科的引人和交叉，给传统铸造工艺带来新的活力和发展机遇，涌现出大量的铸造生产新技术。

一、凝固态理论应用
     合金凝固是个复杂过程，随着热物理学和金属物理学对凝圈过程认识的不断深入，人们逐步掌握了各种金属和合金凝固过程组织的变化规律，并把这些规律应用到铸造工艺中。
   1．半固态铸造
         当液态合金中存在枝状同相时，其流动性明显降低。如果通过外力作用打碎枝状晶体，就仍然可以保持很好的流动性能，提高其充型能力。这种浇注合金实际上是合金母液中悬着固定组分的混合浆料，其黏度随剪切速率提高而降低。当剪切速率接近零时，浆料呈现很大刚性，可作为坯料搬运。使用时加热到某特定温度并施加剪切外力，黏度立刻降低，如同流体一样可以被浇注成型，所以被称为半固态铸造。半固态铸造可以通过两种途径实现。
   (1) 流变铸造
   浇注后保持半固态合金处于受剪切状态，冷却使母液凝固，形成铸件。
   (2)触变铸造
     实际生产中，常利用流变铸造制备半固态铸造坯料，再经过触变铸造成型。半固态铸造近似挤压成型，其有很好的充型能力，可以获得精确的形状和致密的组织，无气孔、缩孔、编析等铸造缺陷，但合金处于流动状态变形抗力远比锻压加工低。半固态铸造合金并非完全熔化，所以铸造温度要比普通铸造低，可以降低加工能耗。
     半固态铸造适用于固液两相区比较宽的合金体系，比较典型的有铝合金、镁合金、铜合金和铁合金等。由于触变成型时局部重熔的温度范围很窄，所以半固态铸造对加热设备温度控制精度的要求很高。
   2．快速凝固
   液态金属自然冷却凝固获得常规组织，而快连凝固则可以获得不同的合金组织和性能。快速凝固可以通过两种基本途径实现。
     (l)深度过冷
     将液态金属急冷到远低于固相线以下的沮度进行凝固，即使凝固释放潜热加热，也不会使金属升温高于固相线，凝固快速完成，获得极细而致密的微晶组织。
     (2)快冷凝固
     先有适度过冷，并快速将凝固结晶潜热导出，以获得快速凝固所形成的特征组织。
     快速凝固技术本来是作为探索新材料的研究手段，因其优势而转化成一种生产工艺。该工艺具有获得超致密微观组织、直接成型、能改变常规组织结构等特点，在理代航空、仪表和军工产品生产上铸件得到广泛的应用。
     3．定向凝固
     定向凝固也称为定向结晶，原用于电子器件生产，如拉制单品锗和单晶硅片。定向凝固可以在液态合金中定向生长出无晶界的晶体，这些晶体具有很高的强度和刚度，可以充当合金中的骨架材料，赋予合金特殊的功能。日前，主要应用于以下两个方面。
     (l)制备单晶与柱状晶体
     利用定向凝固热流控制技术，可以在铸件内生成定向柱状晶体，与普通铸造获得的等轴晶体铸件相比具有各向异性的特点，并且减少偏析、疏松等缺陷，明显提高合金高温强度和抗热疲劳能力。如果能诱导液态金属凝固成单个晶体，就可以避免晶界等晶体缺陷所带来的疲劳断裂隐患。航空涡轮发动机单晶叶片的使用温度，抗热疲劳强度和抗热腐蚀性能都有显著改善。
     (2)自卑自身共晶复合材料
     利用合金偏析特性，使液态合金中增强相析出，并使之定向排列组织，形成自身复合材料，这种自身复合材料 具有原来材料所不具备的性能。