铝镁合金在实型铸造中的应用与发展

席红梅 程精涛

摘 要：实型铸造在我国已有近50年的发展历程，是铸造行业中一项取得飞快发展的铸造技术。铝合金和镁合金作为轻质金属，具有比黑色金属更为优越的性能，所以铝合金和镁合金在实型铸造技术中的应用也越来越受到人们的关注，本文主要介绍目前铝合金和镁合金在实型铸造应用中的应用与发展。

关键词：实型铸造;铝合金;镁合金;应用;发展

1 引言

实型铸造是由美国人H.F.斯洛依1956年发明用于金属雕像等艺术铸件的生产方式 [1]。1962年应用于工业生产，并在美国、德国、英国、法国、意大利、日本等先进的工业国家形成多条高度机械化、自动化的生产线。这项铸造技术以其独特的优越性在铸造行业中占据重要地位。

铝合金和镁合金作为轻金属，具有良好的物理性能和力学性能。铝是地球上储存量最多的金属元素，我国每年的铝产量居世界之首，铸造使用量达25%。镁的储存量也很丰富，镁是目前发现最轻的金属材料。两种材料的合金主要用于航空、航天领域，但随着铸造技术的发展，在更多的领域也有应用。

2.实型铸造概述

实型铸造是采用塑料模样代替传统模样，造好型后不取出模样而直接浇入金属液，金属液高温使模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。消失模铸造就是在实型铸造的基础上发展起来的新工艺和新技术，是实型铸造技术发展的一个新层次。

我国于上世纪中叶对实型铸造技术进行研究，经过70年研究，给国内的铸造企业带来了技术支持，并在企业生产的实际应用中得到了提升，但是与欧美发达国家相比，还有相当的差距。依据中国铸造协会近些年的不完全统计，我国实型铸造年产千吨的企业有200多家。但铝合金、镁合金实型铸造企业却是凤毛麟角。根据2007-2011年的统计数据，实型铸造铸件由64.8万吨达到了150余万吨，产量位居世界之首。但其中大部分都是铸钢和铸铁件，只有不到0.5%的铸件为铝合金和镁合金铸件，而且这些铝合金和镁合金铸件主要用于汽车、航天等工业。所以在未来，铝合金、镁合金的实型铸造发展将迎来很大的上升空间。

3.铝合金和镁合金在实型铸造的应用和发展

3.1国外铝合金和镁合金在实型铸造中的应用和发展

美国是较早将实型铸造应用到工业生产的国家之一，经过不断的发展，美国的实型铸造已经进入了实型铸造的新阶段——消失模铸造技术的应用阶段，并且已经进入快速增长后的成熟期。

在国外，铝合金的大规模研究在二十世纪八九十年代，尤其在美国、德国的汽车行业中的应用是相当广泛的 [3] [4]。

从1985至2009年，对发达国家的实行铸造生产线的产量和产品调查发现，美国通用汽车公司主要生产铝合金缸体、缸盖;德国宝马汽车公司主要生产各种规格的铝合金汽缸盖;英国的斯坦顿公司，北爱尔兰的Montupet公司，意大利的Franco Tosi（Casti SpA）公司，法國雪铁龙的Charleville公司等相继建立铝合金实型铸造生产线。依据文献报道，2009年，美国的铝合金消失模铸件产量达到了22万吨。

3.2我国铝合金和镁合金在实型铸造的应用和发展

实型铸造根据其造型材料可分为自硬砂实型铸造和无粘接剂干砂实型铸造。根据浇注条件的不同可以分为普通实型铸造和负压实型铸造。自硬砂实型铸造适合生产单个、大中型零件，负压干砂实型铸造（即消失模铸造）适合中小件的批量生产。

国内铝合金实型铸造经历两大波折。上世纪末一汽集团投75万美元进口美国引进设备和模具试制488发动机铝合金进气歧管， 并实现大批量生产，但因其他原因该线停产下马。长沙发动机厂从意大利引进消失模成套设备和492铝合金缸盖模具，虽在意大利试浇缸盖，质量达到要求，但在国内试产，却出现气孔、针孔和缩松等铸造缺陷，并将全套设备转让予鞍山海天重工科技。

与此同时，温州瓯海实型铸造有限公司自制一条年产3000 t铸铁线， 05年又建年产1500 t铝合金消失模线。主要生产出口铝合金水冷隔套排气管、柔性光亮灯具和发动机壳罩等， 06年铝合金铸造产量达到200 t。07年上海特种铸造及有色合金展览会上，该公司展出的铝合金水冷隔套排气管受到专家好评，获得铸件金奖。

2000年福清龙泰机械有限公司自建一条年产3000t消失模铸造生产线，主要生产出口美国的船用水冷排气管等铸铁件。同时坚持开发铝合金铸件，曾试制出铝合金单缸缸盖、船用三缸缸体和四缸轿车摇臂盖罩，积累了生产要求严格的铝合金复杂件的经验，为批量生产打下基础。

陕西洛阳的刘氏模具是一家主要生产消失模模具的铸造企业，该公司用自硬砂型实型铸造生产的铝合金消失模模具，其性能良好，模具的精度和使用寿命在国内领先。

镁合金的实型铸造研究还停留在大学实验室的研究阶段，华中科技大学运用实型振动铸造技术研究了铝合金和镁合金的充型流动性，结果表明：在A356铝合金和AZ91D镁合金消失模浇注过程中进行振动，液态金属的充型能力随着振动频率和振幅的增大而增大[5]。这些研究成果必将带来铝合金实型铸造的发展。

4.结束语

随着铸造技术的不断发展，我国的铝合金、镁合金实型铸造将在技术上实现很大的突破。首先，我国已有一些大中型企业的铝合金消失模生产线实现了机械化、自动化;其次，从各种原辅料和专用设备制造等多方面，已基本实现了国产化，正逐步走向系列化和商品化，基本能满足国内不同企业的需求;最后，近些年来，中国实型和消失模铸造生产已形成两方面并举发展的态势，规模化、高水平与中小企业并举发展，打破了以前实型铸造生产以中小企业占主导地位的格局。这句表明规模化和高水平生产既是中国实型（消失模）铸造发展的主流趋势，又是发展方向。实践证明，中国的实型铸造在应用上是成功的，已走出了一条具中国特色的实型铸造之路。

铝、镁合金的主要铸造技术研究：

1）实型振动铸造技术[5]。

该技术是实型铸造浇注过程中，对砂箱施加一定频率和振幅的振动，使金属液在振动的作用下凝固。依据振动细晶强化的理论，获得的铝合金铸件组织致密、晶粒细小、具有良好的综合力学性能。

2） 实型振动负压凝固技术[6]

该技术是将实型铸造技术、振动、压力凝固结晶技术相结合，其优点是提高铝合金消失模模具铸件的致密性和力学性能、减少铝合金铸件的针孔度、缩孔缩松等铸造缺陷。

参考文献

[1] 梁光泽，李增民，中国实型（消失模）铸造的现状与展望[J]实型铸造及消失模铸造2008，8：1072-1075

[2] 叶升平，孙之城，美国铝合金消失模铸造现状及我国铝合金消失模铸造技术攻关建议[J].铸造 2008，57（3） ：203-206

[3] 樊自田，蒋文明，消失模铸造技术现状及发展趋势[J]铸造，2012，6：583-591

[4] 叶升平，吴志超，北美和欧洲消尖模铸造发展现状[J]特种铸造及有色合金.2004 （2）： 58-60.

[5] 赵忠，振动压力下铝（镁）合金消失模铸造组织性能研究[D].武汉.武汉科技大学.2010

[6] Li JQ，Fan 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.

乐山市科技局重点研究项目：铝合金消失模铸造工艺及性能研究，项目编号：A322018032（18JZD054）