摘要：综述了今年来国内外有关铸造铝合金的研究现状，介绍了挤压铝合金铸件致密化技术，颗粒增强铸造铝合金的研究现状，消失模铸造技术，A356 铝合金半固态触变压铸成型技术以及铝合金复合铸造技术装备及其柔性化生产。为今后的研究提供了一定的借鉴。 关键字：铸造铝合金：颗粒增强：铸件：半固态
0 引言
铸造铝合金具有优良的力学性能和机加工性能、耐磨损、低能耗、无污染，在工程上获得了广泛的应用。铸造锌铝合金具有优良的力学性能，耐磨性能，应用广泛。铸造锌铝合金具有良好的减振性能，流动性好、缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。它的成形方法广泛，不仅可用砂型铸造、金属型铸造等常规铸造方法来成形，而且可以采用压力铸造、壳型铸造、石墨型铸造、石膏型铸造、连续铸造、半固态铸造、挤压铸造等多种特种成形方法来制造。目前国内外对锌铝合金性能方面的研究主要集中在热处理、半固态热处理及变质剂处理对铝合金组织和性能的影响，以及通过添加细化剂、稀土来改善铝合金的综合性能，并对铝合金的耐磨性耐蚀性进行了详细的研究。以下对铸造铝合金技术方面的研究现状分别予以论述。
1 压铝合金铸件致密化技术
内外牙
挤压铸造(或称液态模锻) ，作为一种优质、高效、节能的铸造工艺越来越受到产业界的重视。尤其在汽车、摩托车、家电及工程机械的重要受力结构件，耐压及气密性零件，表面耐磨及需要镀镍铬件，还有一些特殊用途构件等的生产中，更是得到了长足的发展。
1.1 挤压铸件致密化技术
1.1.1影响挤压铸件致密化的技术因素
挤压铸造其突出的优点之一就是铸件组织比其他铸造方式更为致密。但是不同的铸造条件下，其致密化程度(即挤压效果)是有很大差别的。其影响因素有: ①挤压方式; ②挤压铸造工艺参数; ③铸件毛坯形状; ④铸件中不同部位; ⑤合金种类。此外挤压效果还与模具表面状况、涂料等都有关系。因此要得到一个满足要求的致密的挤压铸件，必须正确选择合适的模具设计及挤压铸造工艺。但在实际生产时，往往很难做到十全十美。比较多的情况是一个铸件中大部分组织致密，但局部地区的缩松不好消除。为解决此问题，近年国内外研究采用了多向挤压或局部补压的方法。
1.1.2多向挤压和局部挤压技术动向
日本宇部公司在汽车铝轮毂挤压铸造生产时，对轮毂的厚大部位就使用了局部补压技术。陈炳光利用挤压铸造时产品的瞬间惯性比压力使弹簧压缩，惯性比力消失后，弹簧恢复而产生补压压力，作用于
铸件厚大部位而实现了补压效果。蒋凯雁在进行A356铝合金储气罐挤压铸造时，使用了双向挤压铸造新技术相比消除了铸件下部的缩松缺陷。侯立在进行大型铝轮毂挤压铸造时，采用了直接冲头挤压铸造与间接挤压铸造相结合并在凝固后期进行局部补压的双重挤压铸造方案。
1.1.3 高耐压挤压铸件的开发、生产由于挤压铸造可生产出高致密性铸件，因此很适合于生产各种耐压防渗漏及用于真空的零部件。多年来，已开发并大批量生产了多种空调压缩机汽缸体、汽缸盖、摩托车减震筒体、碟刹用泵体，气体过滤器罐体罐盖及耐压管接头等多种耐压的挤压铸造铝件。其中最高的可耐气体压力达6. 3 MPa 而不渗漏。
1.2铝合金挤压铸件的耐磨损技术
铝合金基体较软，本身耐磨性不好。为提高其耐磨性，一般采用两种材料，一是使用高硅铝合金，硅的质量分数达14 %～24 % ，用增加初晶硅硬质点的方法提高耐磨性，二是添加陶瓷颗粒或纤维，做成陶瓷增强铝基复合材料。由于挤压铸造在细化初晶硅尺寸，提高铝基体与陶瓷颗粒(或纤维)之间的结合方面有一定效果，因此国内外均趋向用挤压铸造工艺开发此类产品。高硅铝合金铸造有两大难点：一是初晶硅细化问题，达不到细化的程度则后续切削加工的刀具磨损会相当严重，甚至无法组织生产；二是合金的疏松倾向很大，零件稍有厚壁部位即形成缩松，甚至缩孔。由于挤压铸造能加速铸件的冷却，对初晶硅的生长会起到一定抑制作用，压力结晶在一定程度上减轻合金的缩松倾向，因此，
用挤压铸造工艺生产高硅铝铸件是有一定优势的。但是仅用一般的挤压铸造仍是不够的，还必须采取其他措施，如: ①对合金须进行良好的变质处理; ②根据不同零件选择适合的挤压方式、模具结构及工艺参数，使铸件厚大部位处于压力补缩的有效范围内。
2 增强铸造铝合金的研究现状
铝基复合材料因具有密度小, 比强度高, 熔点较低，易于加工等优势, 在材料界占有重要地位, 广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业的发展和技术的进步, 对高强度铝基复合材料的要求日益迫切。铸造铝合金工艺性能较好, 铸造零件结构设计限制小、制造简便，在很多应用中采用铸造铝合金更为有利。常见的高强度铸造铝合金中Al- Cu 系合金综合性能优良，是当前研究的热点之一。增强体材料主要有纤维、晶须和颗粒几类。大规模工业应用。使用颗粒增强的方法是将增强颗粒加入或自生进入基体中, 得到兼有金属基体材料韧性和塑性及增强颗粒较高的强度和模量的复合材料。该方法生产材料成本低、制备工艺简单, 可采用传统的金属加工工艺进行加工，且制得的材料性能各向同性, 微观结构均匀, 具有良好的发展前景。发展至今，铝基复合材料的制备方法已有很多分类方式也不尽相同。按增强相加入的方式来分主要有搅拌法、粉末冶金法、浸渗法、喷射法、中间合金法和原位复合法几类。
颗粒增强铸造铝基复合材料性能优异, 同时原材料资源丰富, 相对成本较低，有着极大的发展潜力和应
用前景。铝基复合材料在制造飞机液压管、直升机用支架和阀体、卫星反动轮等也取得了较好的效果。在兵器工业部中如用于导弹机翼、坦克火力控制镜基片等也有应用铝基复合材料的。日本、德国等已相继开发出了适用于高速列车的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘, 美国Ford 公司进行了轿车制动盘的研制和开发。国内也有关于采用相关材料对摩托车制动轮毂和火车、轿车制动盘进行研制的报道。颗粒增强铝基复合材料也可用于制造体育用品，诸如自行车链、齿轮、高尔夫球头等。其他方面, 如制肢、机械泵工作室( 直径达640mm)、大型耐磨环( 直径达1. 2mm)等均有着广泛的应用。可以预料, 今后颗粒增强铸造铝合金材料必将以其独特优势在工业领域占据更重要位置。使用中，应根据不同工作要求选择适当的合金基体与增强颗粒进行优
化设计, 从而更好的发挥出铸造铝合金基体(尤其是Al- Cu 合金)和增强颗粒的复合作用和应用潜力。同时, 考虑和研究开发新的制备工艺，加强理论基础研究和实践探索，并逐步解决复合材料的再生和回收问题, 也应是今后工作的重点。
3 失模铸造技术
国内以铝合金为代表的有金属消失模铸造的研究与生产技术的进展。从国内外的现状来看, 欧美等发达国家铝合金消失模铸造生产已经进入成熟快速增长期, 而国内铝合金消失模铸造生产还处于起步阶段。南京航空航天大学陶杰教授系统介绍了南京航空航天大学近年来在轻合金消失模铸造充型过程
水管堵头
与质量控制的研究成果和今后的研究方向; 上海交通大学吴国华教授分析了工艺因素对铝合金消失模铸件质量的影响, 提出了提高铸件致密度的措施; 福清龙泰机械有限公司孙之高工介绍了其公司与发动机有关的铸铝件在自主研发与生产过程中的实践经验。气门铝合金摇臂盖罩铸件的生产标志着我国轻合金消失模铸造的发展已经开始正如陶杰教授所讲的“尽管在今后的发展道路上还会遇到很多困难与挫折然而中国轻合金消失模铸造的发展将是无可阻挡的”。
4 A356 铝合金半固态触变压铸成型技术
半固态成型技术作为一种近终成型技术, 可以直接在工业中应用, 且通过热处理, 半固态成型件可以获得更为优异的力学性能, 因此热处理是挖潜半固态铝合金性能的有效途径之一。半固态坯料具有一定的固液比, 和液态压铸相比，具有一定的粘度, 成型时可以避免喷溅、紊流以及卷气等缺点; 与固体锻造相比，变形力小, 可以节省能源。半固态金属成型综合了传统的铸造和锻造两种成型方法的优点, 既提高了零件的力学性能, 也可以成型形状复杂的零部件。特别是半固态铝合金成型技术, 该技术具有高效、优质、节能和近终成型等优点, 可以满足现代汽车制造业对有合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求, 因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。同时, 这项技术还被越来越多地用于兵器、仪表等工业的主要构件的生产。
A356铝合金(AlSi7Mg0.3) 也是当今市场上应用较广泛的一种金属, 其半固态触变成型所得的成型件性
能最好, 抗拉强度基本在200MPa以上, 延伸率也可以达到10 %左右。在T6处理下, A356铝合金的半固态成型铸件不但具有优异的力学性能, 也具有较好的抗疲劳性能(见表1)。
半固态压铸成型技术的另一个关键因素是有效制取半固态合金坯料、精确控制二次加热中固液相体积分数, 以及合理确定半固态成型过程的工艺参数等。
半固态压铸过程可分为3个阶段, 即压射凸模慢速运动阶段、压射凸模快速运动阶段、压射凸模终压阶段。
4.1半固态触变压铸工艺参数的确定
目前, 应用在工业上的半固态金属触变方法主要有: 半固态压铸、半固态挤压、半固态模锻和半固态压射成型等。半固态压铸工艺是目前半固态金属成型的主要成型工艺。半固态铝合金压铸是将半固态坯料二次加热至坯料组织恢复到40%~60%球状初生固相颗粒和共晶液相共存的固液混合态, 随即用夹持工具夹持到压铸机压射室中压铸成型, 其主要的工艺参数包括压射比压、压射速度、压射时间、模腔温度以及留模时间等。
(1)压射比压。是压射室内半固态坯料所受的静压力, 是半固态铝合金压铸最重要的工艺参数之一。由于半固态铝合金压铸时, 坯料粘度较大, 流动性较液态金属差, 为了充分利用半固态铝合金坯料的流变性, 其压射比压应较液态金属压铸时高20%～30%。
(2)压射速度。为压射室内压塞的推进速度。半固态坯料具有一定的粘度, 因此在低速压射阶段, 其流动相对液态更平稳, 也不存在液态金属压射时的喷射、紊流和卷气现象, 因此该阶段的压射速度可比液态金属压铸时快, 有利于提高充型速度, 缩短充型时间, 提高铸件表面质量。
(3)压铸机的料缸尺寸, 应根据半固态坯料的大小来设计, 由于半固态坯料在二次加热时表面有一层薄薄的氧化膜, 为了除去这一层氧化膜, 料缸的直径必须比坯料的直径稍小。料缸在压铸前要适当地预热，以保证半固态坯料在压射前在料缸中不会冷却凝固，并保持稳定。除了要预热外, 还要在料缸表面涂上一层润滑剂, 以保证坯料不会和料缸表面粘在一起, 但选择润滑剂时, 要考虑其对半固态成型件性能的影响。
(4)模具预热温度, 半固态铝合金压铸时模具内的温度也比液态金属压铸时要高, 且要求温度稳定, 一般应控制在200℃～350℃。其型内浇注系统常采用开放式浇注系统, 以使浇道流程短、浇道位置不远离铸件。
(5)留模时间, 是指半固态坯料被压入模腔直到模腔被打开时成型件在模腔所停留的时间。留模时间直接影响成型件的冷却速度, 以及铸件的组织状况。因为留模时间长, 即更长的保压时间会使铸件中没来得及填充的部位在保压下由浆料来填充。但时间太长, 则会引起粘模现象。
半固态压铸成型技术的另一个关键因素是有效制取半固态合金坯料、精确控制二次加热中固液相体积分数, 以及合理确定半固态成型过程的工艺参数等。半固态压铸过程可分为3 个阶段, 即压射凸模慢速运动阶段、压射凸模快速运动阶段、压射凸模终压阶段。接触式位移传感器
4.2 A356 铝合金触变压铸
实验系统如下图2 所示
该系统由材料试验机、开体式加热炉、XMT- 1 温控仪(测量模具温度用)、二次加热装置(管式加热炉和可控硅温度仪)及挤压模具等 5 部分组成。考虑到材料试验机的工作空间, 将加热炉设计为开体式, 热电偶材料为镍铬镍硅。下面分别对加热炉、温控仪和挤压模具的设计进行论述。
A356 铝合金是一种优异的金属加工材料, 其半固态触变成型更具有其它材料所不具备的得天独厚的长处, 因此, 这种优异的新型材料可广泛地应用于汽车、航空、航天等许多领域, 以代替过去用的钢材铸件, 这可算是材料史上的一个飞进。
汽水分离
5 铝合金复合铸造技术装备及其柔性化生产
铝合金复合铸造生产线主要由高压釜浇注罐系统、低压铸造系统（含保温炉）、真空系统、增压系统、铝镁合金熔化和保温系统（含铝锭预热及加料装置）、及其附属装置>铝镁合金液测氢仪和旋转除气装置及多点测温仪等六大部分所组成。该生产线不仅可以单独按照高压釜铸造工艺或低压铸造工艺组织生产，而且可以把高压釜铸造和低压铸造结合起来, 即借助于低压铸造的微机液面加压系
统使铝镁合金液在真空状态下低压充型, 在高压釜压力下结晶, 从而获得高质量的大型薄壁铸件。
压铸机料筒的设计铝合金复合铸造生产线各部分组成和特性：工业洗水机
(1) 高压釜浇注罐系统
本系统是整个铸造生产线柔性化生产的技术关键, 它是以卧式压力容器作
为浇注罐, 并具有浇注窗和便于砂箱进出的自动开关门, 同时还包括具有水平移动和升降功能的砂箱台车及升液管接口。它既可以按高压釜铸造工艺生产铸件, 也可以与低压铸造保温炉相连接, 在真空状态下, 完成“高压釜铸造∗低压铸造”这一复合铸造工艺过程。
(2) 低压铸造系统
本系统是整个铸造生产线的技术核心, 是专为生产大型壳体类铝合金砂型
铸件而设计的, 主要由微机液面加压控制系统、液压升降平台、低压铸造用保温炉及其传动机构、液压控制系统、，电控系统所组成, 其中升降平台用于砂箱的固定和与炉体的密封，在复合铸造工艺下, 液面加压系统和保温炉及其传动机构参与工作。
（3）真空系统
本系统是铸造生产线获得高质量铸件不可缺少的重要环节, 主要由大流量
真空泵及其各种附件和管道阀门所组成, 在复合铸造工艺下, 在短时问内使高压釜浇注罐和保温炉获得相同的真空度, 不仅使砂型型腔内的空气减少, 而且使保温炉内铝镁合金液和气体容积中的含气量降低, 这对减少铸件针孔缺陷起到至关主要的作用。
（4）增压系统
增压系统是高压釜铸造和复合铸造的动力源, 主要由大容量储气罐和各种
大通径开关阀及其附件所组成, 在重力浇注或低压浇注后迅速建压, 使铸件在压力下结晶。
（5）铝镁合金熔化和保温系统本系统是获得纯净铝镁合金液的前期工序, 首先把铝镁合金锭先预热祛除水份, 然后自动加人到熔化炉中进行熔化, 熔化好的铝镁合金液通过输送管道被压人到保温炉中等待净化>即精练ς除气Κ, 由
于铝镁合金液与空气隔绝, 且有保护气氛, 所以不易吸气、氧化。它主要由预热
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