水幕铸造技术及工业应用

水幕铸造是一种新型铸造方法,这种方法使用水溶性粘结剂粘结型砂造型,并用水冷却正在凝固的铸件。金属液浇入型腔后,充满金属液的铸型向水幕移动。水幕将砂型逐层剥离时,直接冷却暴露出型腔部分的铸件,形成了从铸件远端向浇口的快速水冷定向凝固。与传统砂型铸件对比,用此法生产的铸件气孔率低,热裂倾向小,其凝固组织尤其是共晶组织极其细小,力学强度提高近30%,伸长率提高数倍,且具有极强的力学性能稳定性。此技术的问世引起了工业界极大的应用兴趣。本文介绍水幕铸造技术以及其工业试验和应用以及学术研究现状。

杂质元素对铝硅合金Si相形核影响的探讨

Si相的尺寸和形貌对Al-Si合金的性能具有重要的影响。如何在增加Si相的有效形核基底数量以显著提高Si相形核率、细化初晶Si的同时,不削弱共晶Si的细化和变质效果,是提高铝硅合金性能的关键。添加适量的合金元素和微量元素是调节Si相形核率的重要手段之一,特别是在不影响主合金元素成分要求的前提下,通过添加变质剂或细化剂,结合除杂技术和浇铸工艺可以明显细化共晶Si尺寸。但是,废杂铝中的杂质元素对Si相形核率的影响规律及其作用机理尚未达成共识,这是废杂铝再生铸造铝硅合金研究中的热点和难点。废杂铝再生因其具有原料来源广、可再生利用、节能减排效果显著等优点成为生产铸造铝合金的重要工艺。然而,由于废杂原料含有多种杂质元素,并且它们对铝硅合金中Si相的交互作用关系不确定,所以很难制定相应的技术措施以同时细化共晶Si和初生Si相。目前已经确证AlP为Si相形核的主要基底,β-Fe相为次要基底,氧化膜对二者的形成具有促进作用。近年来,除深入研究常见元素对Si相形核的作用机理外,两种及两种以上元素之间的相互作用对Si相形核的作用机理也开始受到广泛关注。在充分研究AlP、β-Fe相、氧化膜等可作为Si相形核基底物质的结构特性基础上,针对P-X、Fe-X、Ca-X等二元交互作用对Si相形核的影响研究也取得了显著成果。Sr、Ca、B、Mg等元素一般通过钝化AlP、β-Fe相等Si相形核基底的活性或与AlP反应生成更稳定的化合物这两种机制降低Si相的形核率。当三种或三种以上杂质元素通过直接或间接的交互作用对共晶硅形核率产生影响时,作用机理和作用效果将更为复杂。其主要表现为两种杂质元素单独存在时均有助于发挥第三元素的作用,但同时存在时会反应生成化合物,反而弱化第三元素促进Si相形核的作用。本文描述了Al-Si合金凝固过程中Si相形核基底的作用,重点讨论了常见杂质元素对Si相形核基底的影响。文末就如何进一步掌握杂质元素对Si相形核的交互作用规律以避免杂质元素的有害影响和充分发挥有益微量元素的积极作用提出了新的建议。

A356熔炼过程中Ca和Sr质量分数的变化规律及预报模型

Ca和Sr是铸造铝硅合金中最有效的变质元素,一般在浇铸前以中间合金的形式加入.然而在废杂铝熔铸再生工业中,原料中常含有微量的Ca和Sr,预控它们在熔炼过程中的含量变化是它们再利用的前提.本文以工业A356铸锭为原料,实验研究了熔炼温度和保温时间对Ca和Sr质量分数变化规律的影响.结果表明：Ca和Sr质量分数随着保温时间延长均呈Exp3P2规律下降,且随熔炼温度升高质量分数下降速率均逐渐提高.根据热力学和动力学分析可知,在废杂铝熔炼再生过程前期主要发生[Ca]和[Sr]与熔体中的氧发生氧化反应生成CaO和SrO,这些氧化物又会与Al2O3反应生成Al2O3·6CaO和Al2O3·SrO,经扒渣操作后Ca和Sr质量分数下降.在熔炼中后期,[Ca]和[Sr]以扩散至熔体表层还原Al2O3的方式使它们的质量分数降低.计算得出在660-740℃熔炼A356合金时Ca和Sr氧化反应的表观活化能分别为182.6 k J·mol^（-1）和117.8 k J·mol^（-1）,两者均受化学反应过程控制.根据Ca和Sr质量分数的变化规律建立了它们的质量分数预报模型,经生产验证表明预报误差均小于10%,可用于预报废杂铝熔炼再生过程Ca和Sr的质量分数.