3D打印陶瓷铸型研究与应用进展EI北大核心CSCD

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细结构的成型要求。3D打印技术作为一种快速成型手段能够精准成型复杂精细结构,将其应用于铸型生产,不仅能够解决复杂结构的成型问题,同时也能降低生产成本、缩短生产周期。本文主要阐述了3D打印技术在陶瓷铸型生产中的应用,从应用于铸型3D打印陶瓷材料的种类及特性、典型铸型3D打印技术及铸型打印后处理手段三个方面对3D打印技术陶瓷铸型的研究与应用进行介绍,并对该技术未来的发展进行展望,指出3D打印技术能够有效解决复杂陶瓷铸型的成型问题,从而满足复杂空心结构金属件的铸造需求。     

离心加速场中金属凝固过程温度场分布数值分析

采用有限差分法及MathCad软件首次模拟了二维柱坐标系下自硬砂型离心铸造凝固过程,并就转速、浇温、铸型预热温度、铸型类别等工艺参数对铸件温度场分布的影响规律进行了研究。模拟结果表明,由于采用自硬砂型和灰铁盖,铸件的上下表面首先凝固,然后逐渐向金属液中间推进;随转速、铸型蓄热系数的增加,铸型预热温度与浇注温度的降低,金属凝固加快;在其它条件相同的情况下,型温对温度场的影响最大,转速其次,浇温最小。      

简单形状铸件的凝固问题

用实验方法研究了A1—4.5%Cu合金,在不同的过热度下,在砂型和珍珠岩保温套中浇注的同模数平板、短圆柱体铸件的凝固时间、形状系数和铸件——铸型的界面温度等问题。由于在凝固过程中铸件和铸型之间存在间隙,所以分别测定了铸件的外表面温度和铸型的内表面温度。实验结果表明:(1)平板铸件的凝固时间均大于短圆柱体铸件的凝固时间。(2)在保温套中浇注时,可认为铸件与铸型之间有理想接触,与形状无关。(3)在砂型中浇注时,凝固期间铸件外表面温度接近的中心温度,与形状无关。铸型的内表面温度则与铸件中温度有显著差别,与形状有关。     

单晶连铸技术研究

利用自制的小型单晶连铸设备，成功的制造出直径８ｍｍ长８－１０ｍ的单晶Ａｌ线材，该技术的关键是用一个加热铸型和一个与之分离的冷却器代替传统连铸中的水冷结昌器，使加热铸型内壁温度保持在熔点以上某一温度，避免型壁形核，同时在冷却器与铸型出口之间造成一个个轴向温度的温度梯度，形成定向凝固条件，铸锭在离开铸型出口后的一个小段距离内，表面仍呈液体状态，凝固后的铸锭表面光滑，呈镜面状态，故该技术属于一种Ｎｅａｒ     

陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响

向石膏粉料中添加不同含量陶瓷-尼龙复合纤维制备石膏铸型试样，测试分析陶瓷-尼龙复合纤维交织强化石膏试样的性能并观察其断口，研究陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响。结果表明，陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能影响显著，随着陶瓷-尼龙复合纤维含量增加，石膏试样生胚抗弯强度呈倒V字形变化趋势，焙烧后的抗弯强度变化不大；石膏试样透气率随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而增大，当石膏混合料中陶瓷-尼龙复合纤维质量分数为1.25wt%时达到最大值32.3，与传统石膏铸型相比，增大近21倍，尼龙纤维焙烧后形成的孔洞提高了石膏铸型透气率，陶瓷纤维保留在基体中提高强度，当陶瓷-尼龙复合纤维质量分数大于0.75wt%时，纤维会团聚并割裂基体；导热性和抗热震性随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而先增大后减小，当陶瓷-尼龙复合纤维含量为0.75wt%~1wt%时，导热性和抗热震性相对最佳。      

采用铸型显示心脏表面血管的方法

心脏血管铸型是目前常用的研究心脏血管方面的技术之一,通常的心脏血管铸型都是将血管经过铸型材料的灌注之后,将肌肉组织等完全腐蚀掉,只留有血管管道的铸型,本文介绍一种在不腐蚀心脏组织的情况下,只暴露心脏表面血管的方法。     

中孔活性炭材料的研究进展

综述了国内外在中孔活性炭材料开发方面的研究进展。着重介绍了催化活化、界面活化、混合聚合物炭化、有机凝胶炭化、铸型炭化等孔径调控方法及其中孔形成机理。为控制活性炭材料孔径大小和分布，提高其中孔容积和吸附性能提供了参考。     

定向凝固钛铝合金熔体与铸型界面反应研究展望

钛铝合金是性能优异的高温合金,在航空航天领域有广泛的应用前景,但由于其熔体具有较高的活性,制备时熔体与所有已知的铸型材料会发生不同程度的反应,限制了钛铝合金铸件的发展.定向凝固技术作为制备高精度钛铝合金的新工艺,使铸件组织定向排列,可以进一步提高钛铝合金的使用性能,因此如何调控凝固过程中钛铝合金熔体与铸型材料间的界面反应成为目前有关定向凝固钛铝合金研究的一个热点.从目前国内外关于钛铝合金熔体与铸型材料间界面反应的研究出发,综述了定向凝固过程中铸型材料、涂层成分、工艺参数及合金元素等对界面反应的影响,介绍了界面反应的理论水平,系统收集了界面反应的各项研究结果.     

Ti321钛合金轴箱铸件石墨型铸造工艺研究

目的 研究钛合金高铁轴箱铸件采用石墨铸型工艺时,铸件尺寸、成形及内部质量控制技术。方法 通过对高铁轴箱铸件的结构特点进行分析,针对铸件结构复杂、尺寸比较大、铸件成形比较困难、容易变形的特点,开展了铸型结构设计、铸件尺寸控制技术和铸件成形工艺等方面研究。采用多活块组合的石墨铸型,设计底注开放式浇注系统,利用Procast软件对高铁轴箱铸件的浇注方案进行了模拟分析。选用Ti321合金,设定合理的浇注参数,利用真空自耗电极凝壳炉对铸件进行浇注。结果 铸件成形良好,经过热等静压和后精整后的铸件,铸件内外部冶金质量和性能指标,满足客户标准要求,验证了方案的合理性。结论 铸件的计算机模拟对铸件工艺的设计提供了技术支撑,高铁轴箱铸件采用的石墨型浇注工艺比较合理。     

细晶铸造真空炉的研制

北京航空材料研究院研究制造了我国第一台细晶铸造真空炉，该炉可用控制参数法和铸型搅动法生产细晶铸件。     

液氮冷冻铸型铸造法

<正>冷冻铸型法是在构成铸型的骨料的砂子中,加入少量的水和辅助粘结剂(理论上不需要),再使用液态氮,使铸型在- 196℃下急速冷却,铸型中的水被结冰,使型砂结成硬块而成铸型的一种造型新方法。     

异氰酸酯改性蒙脱土的制备及其对铸型尼龙6性能的影响

通过二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)改性钠基蒙脱土(Na-MMT),使Na-MMT呈纳米级剥离态分散,制得MDI改性Na-MMT(M-MMT)。将M-MMT加入至铸型尼龙6体系中原位聚合成型,以解决有机蒙脱土在铸型尼龙6体系中热降解的问题,提高复合材料的耐热性。利用FITR、GC-MS、XRD和TEM研究了改性机理和Na-MMT的分散情况。通过TG、维卡软化、热变形温度测试、力学性能测试和SEM观察,研究了M-MMT/铸型尼龙6复合材料的耐热性、力学性能和微观形貌。结果表明:MDI能与Na-MMT层间的羟基以及水反应使M-MMT呈剥离态分散。虽然在铸型尼龙6体系引发剂定量的情况下,MDI消耗体系引发剂,引起M-MMT/铸型尼龙6复合材料分子量的下降,导致各项力学性能有所下降,但M-MMT的纳米级效应使复合材料的耐热性得到提高,维卡软化点提高至224℃,在1.82MPa负荷条件下,热变形温度提高至96℃。      

纤维增强尼龙复合材料的摩擦磨损性能研究

分别研究了不同条件下连续C纤维和三维编织纤维增强铸型尼龙复合材料的摩擦磨损性能,并对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析.结果表明:干摩擦条件下三维编织C纤维增强铸型尼龙(简称C3D/MCPA)复合材料的磨损率明显低于连续C纤维增强铸型尼龙(简称CL/MCPA)复合材料;水润滑条件下C3D/MCPA复合材料的摩擦系数和磨损率几乎为干摩擦时的50%.三维编织C纤维/芳纶纤维混杂增强铸型尼龙(简称HF/MCPA)复合材料中随C纤维相对体积比的提高,磨损率下降而摩擦系数变化不大.     

铸型成型机理的研究——真空实型铸造基础试验之

测定了砂箱内任意一点的应力分布,模拟了砂箱内压力分布的规律;浇注时铸型内形成气化气隙δ是产生塌箱的根本原因,此时铸型能否保持紧固而不塌箱,取决于作用在气隙δ上方铸型型料上外力的平衡状态。     

铸型强度及其影响因素——真空实型铸造基础试验之三

根据V—法制芯原理,制作φ50×50毫米的真空铸型标准试样,在普通型砂强度试验机上测定了真空铸型的强度,抗压强度为0.94～1.14公斤/厘米~2。表面硬度90～95、型料紧实度>1.59克/厘米~3,高于普通潮模砂型,而接近于高压造型的铸型强度。     

钛、锆、铪的铸造技术

本报告中论述的工作是美国联邦矿务局早期实际研究的继续,指出了铸造钛、锆、铪等反应性金属时所采用的凝壳熔炼法的改进情况。带层状轮廓的加工石墨铸型,可以反复使用数次。用旋转铸造法能生产大型管状部件。石墨粉是最好的铸型消耗材料,但这种用途的粘接剂必须仔细地配合。指出了电流及电炉环境气体对于铸造技术变量的影响。     

Monel合金蝶板的成型工艺及力学性能

为解决Monel M30C合金蝶板铸件常见的疏松、缩孔、气孔缺陷问题,对Monel M30C合金铸造DN250蝶板和DN350蝶板的铸造工艺、铸型及力学性能进行了研究。结果表明:采用铸出孔,球冒口水平补缩精铸工艺,是DN250及其以下蝶板批量生产的首选精密铸造工艺方案;采用缝隙式内浇口,综合使用顶冒口和冷铁的垂直浇注工艺,是DN350及其以上蝶板批量生产的首选砂型铸造工艺方案;楔形金属铸型浇注的试样,其力学性能符合ASTM A494--2009要求,建议采用楔形金属铸型浇注试样。     

石墨铸型材料对钛合金内环铸件冶金质量的影响研究

目的研究不同石墨铸型材料对钛合金内环铸件冶金质量的影响。方法试验选取颗粒直径分别2,0.8,0.04 mm的3种典型石墨材料,制备内环石墨铸型,采用离心浇注,然后对3种不同石墨材质研制的ZTC4钛合金铸件进行表面目视检验、荧光和X光检测。结果 2,0.8,0.04 mm这3种颗粒直径的石墨铸型材质研制的铸件表面外观和荧光质量依次提高,其中荧光缺陷平均数量依次为21.4,13.9,2.2个/件;铸件内部缺陷数量均小于1.5个/件,夹杂均小于0.7个/件。结论不同颗粒度直径的石墨铸型对铸件的外观和荧光质量会产生显著的影响,而对铸件内部冶金质量影响较小。     

薄壁陶瓷型铸造工艺的研究与应用

薄壁陶瓷型铸造工艺是将陶瓷型厚度控毛制在2～3mm,并采用金属国外衬套,辅以喷雾冷却等措施.大大提高了铸件凝固时的冷却速度.有效地减少脱碳层,同时细化晶粒,提高了铸件的使用寿食.由于陶瓷型厚度的减薄.大大减少了铸型的脱液收缩及由此而引起的铸型变形和型裂.提高了铸件的精度.应用此工艺成功地试制了汽车万向节热锻模及自行车曲柄辊锻模,工艺简单,成本低,创作周期短.模具使用寿命长.     

工业气体在铸造车间的应用

本文介绍了氧、氮、氩在富氧送风、燃料-氧喷嘴、IROX法、脱硫、加入合金成分、吹洗熔池、制造铸型以及连续铸钢等方面的应用。图4、表1。