铝合金开题报告

1 / 24铝合金开题报告毕业设计开题报告题目 铝合金差速器等温精锻工艺及模具设计专 业 名 称 材料成型及控制工程班 级 学 号 08011605学 生 姓 名蔡 媛 媛指 导 教 师王 家 宣填 表 日 期 2016 年 3 月 5 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义：等温锻造是 20 世纪 70 年代初由美国和苏联首先研究 发展起来的一种先进的锻造技术，等温锻造这一新技术的应用源于 1920 年发现了金属在低应力下的异常塑性。科学家在 1945 年赋以这种特性为超塑性， 从 20 世纪 60 年代开始,美国和前苏联利用金属的超塑性能研究等温锻造技术,70 年代等温锻造技术投人生产,80 年代成为生产发展高新技术所需的优质锻材的重要手段。我国从 20 世纪 70 年2 / 24代起,不少科研院所和企业也开始等温锻造研究。它是指模锻的整个成形过程中，将模具和坯料温度保持相同或相近的恒定值，并用较慢的成形速度来完成的成形方法。在较高温度条件下，锻件以较低的应变速率变形，变形材料能够充分再结晶，从而可以大部分或全部克服加工硬化的影响。等温锻造工艺的关键是要求坯料在一定温度点或者在一定温度段发生变形，而且对不同变形坯料来说，其最佳变形温度有所不同，所以在等温锻造过程中温度的控制十分重要。锻模的温度要控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使毛坯在温度基本不变的条件下完成锻造。等温锻造的成形速度很慢，一般在专用设备上进行，且需要特殊的模具加热装置。采用等温锻造加工得到的锻件，组织均匀、机械性能优良，锻件无回弹、尺寸稳定、材料的利用率高、表面质量好。等温锻造与常规锻造相比，具有以下优点：1 变形速度低，变形温度恒定，克服了模冷、局部过热和变形不均匀等不足，且动态再结晶进行充分，锻件的微观组织和综合性能具有良好的均匀性和一致性。2 显著提高金属材料的塑性，毛坯的冷却速度或变形速度均降低，因而大3 / 24大降低了材料的变形抗力。3 由于减少或消除了模具激冷和材料应变硬化的影响，不仅锻造载荷小，设备吨位大大降低，而且还有助于简化成形过程，因此可以锻造出形状复杂的大型结构件和精密锻件。4 等温条件使模锻过程在最佳的热力规范下进行，且加工参数可以被精确控制，所以产品具有均匀一致的微观组织和优良的机械性能，并能使少切削或完全无切削加工的优质复杂零件的生产成为可能。等温锻造的主要局限性是模具及其配套加热装置的成本昂贵，锻造生产率较低。 工艺和设备适合于等温锻造的金属和合金非常广泛，几乎所有的铝、镁、钦、铜及其合金，合金钢、不锈钢、高温合金、粉末合金以及各种高性能新型金属材料，如机械合金化合金、有序金属间化合物及金属基复合材料等均可使用此工艺。但等温锻造作为一种新兴工艺技术的发展，主要是针对难变形材料的铝合金由于具有比强度高、比刚度高、导热性好等特点,成为飞机和航天器轻量化的首选材料，如图 1 所示为某型号直升飞机的铝合金筒式绝缘套。每辆空中客车上使用了 180t 厚铝板，大多数巡航导弹的壳体是用优质的铝合金铸锻件制造的。目前，铝材在民用飞机结构上的用量为4 / 247080，在军用飞机结构亡的用量为 4060。在新型 B777 客机上，铝合金也占了机体结构质量的 70以上。由于用途特殊，大多数零件都具有结构复杂、形状特殊，且性能要求高,而铝合金材料在热加工时,因其成形温度范围窄、导热系数大、加上产品对象成形加工时的变形程度较大,导致其成形加工性差。因此,对复杂铝合金零件,特别是高强度铝合金零件的成形加工大多采用等温锻造的方法来完成。二、国内外研究概况及发展趋势： 应用和发展等温锻造主要适用于航空航天等高技术领域所需的高性能结构材料的成型，如钦合金、高温 合金、粉末合金、金属间化合物及金属基复合材料等的成型。这些材料都属于低塑性乃至脆性材料，应变速率 敏感性高而且要求严格的组织性能控制。在常规锻造条 件下，模具的激冷作用和快速变形的基本条件严重地限 制了这些材料锻造时的可锻温区、允许变形量以及锻件 的复杂程度等，而等温锻造则可满足其有关要求。等温 锻造的发展方向是降低成本和提高生产效率，以及采用 计算机技术等，以逐步实现设计、生产、检测过程的一体化。国外铝合金等温锻发展起步较早，1964 年美国国际商务机器公司开始用等温锻造成形零件，在 70 年代就使用特种等温锻造设备和热锻模技术生产航空飞机发动机涡轮5 / 24盘、燃料箱以及其他薄壁骨架件。美国魏曼戈登、来迪思、卡慢伦三大航空锻件生产厂拥有能够生产优质精密粉末涡轮盘、高温合金及飞机用大型结构锻件的精密设备和先进技术。80 年代初期，前苏联系列生产了等温锻造专用液压机，如250t、630t、1600t 和 4000t 液压机。这些设备均安装在现俄罗斯有关厂所院校，进行铝合金叶片、飞机结构件和粉末高温合金涡轮盘等零件的等温锻造研究和应用。90 年代，美国相继开发了 5000t 和 10000t 的液压机，10000t 的液压机为当时世界上最大的等温锻造液压机。而我国国内铝合金在近年中的发展中也取得了不少成绩，哈尔滨工业大学的刘润广、王仲仁、吕炎教授等人从上世纪 80 年代开始研究铝合金等温锻造工艺。1985 年，刘润广、王仲仁等人对 LD5 锻铝合金叶片等温精锻造进行了研究。1993 年，刘润广对 2618A 铝合金作动筒铰链接头的成形工艺进行研究,生产出的零件晶粒度达到级,金属的填充性好,可以模压出形状复杂、清晰的特高筋薄腹板型精锻件，其加工余量较小，尺寸精度较高，最大筋高/筋宽为。90 年代，景德镇航空锻铸公司生产出了国内最早装机的铝台金精密锻件。1999 年，刘润广等对 2214、2618 等多种型号的铝合金摇臂等温模锻工艺进行研究 。2000 年开始，北京航空材料研究院的李惠曲4等人对 LD11 的铝合金等温6 / 24锻造进行了研究，有了重要发现。目前，我国最大的等温锻造油压机为 10000 吨，位于陕西三原的红原航空锻铸工业公司。XX 年，该公司利用万吨油压机、龙控镗铣机床等先进设备，生产出目前国内最大铝合金等温锻件。三、研究内容及实验方案：汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动轴，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮，在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件是减速器和差速器。汽车差速器是驱动桥的主件。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。 本毕业设计采用等温锻工艺制造铝合金差速器，由差速器零件绘制锻件图，并进行模具的设计及相关计算，确定差速器的零件图，装配图，完成等温锻制造工艺的确定。四、目标、主要特色及工作进度毕业设计开题报告题目：7xxx 铝合金的盐雾腐蚀研究系 别专 业班 级 姓 名7 / 24指导教师2016 年 6 月 21日材料科学与工程 材料科学与工程 8090226 王冬冬 权力伟一、选题的背景及研究的目的和意义铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，铝合金作为一种有色金属结构材料在航空、航天领域发挥着越来越重要的作用。各种飞机都以铝合金作为主要结构材料，占飞机结构重量的60801。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。各种人造地球卫星和空间探测器的主要结构材料也都是铝合金，其中高强度铝合金的应用尤为重要。高强度铝合金中 7xxx 系列铝合金有最高强度，代表型号 7B04，主要含有锌元素。Al-Zn-Mg-Cu 系超高强度铝合金是 20 世纪 60 年代以航空航天用材为背景研制并发展起来的一类高性能铝合金，具有轻质、高强、高韧和低成本等一系列优点，广泛应用于航空、交通运输、舰艇和8 / 24兵器等领域，具有极高的应用价值，受到世界各国的高度重视。铝镁锌铜合金是可热处理合金，属于超硬铝合金，有良好的耐磨性也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。适当控制合金中锌和镁的比例，可添加铜、锰等元素后，将进一步提高合金强度，改善塑性和耐应力腐蚀性能。其中锌和镁含量的比值及锌、镁、铜含量的总和不同，合金的性能也不同。锌和镁含量的比值增加，合金的热处理效果增大，强度提高，但应力腐蚀敏感性增大。当锌、镁、铜含量的总和大于 9时，合金的拉伸强度最高。大气腐蚀是指暴露在空气的材料与空气中的水和氧气等发生化学和电化学的作用所引起的腐蚀，它是腐蚀中最普遍的一种2。金属的大气腐蚀造成的经济损失尤为严重，据统计全世界在大气中使用的钢材一般超过其生产总量的 60，腐蚀损失占总损失量的 50以上。我国 1995 年的统计表明，因腐蚀直接造成的经济损失己高达1500 亿人民币，约占国民生产总值的 43。高强铝合金在沿海湿热、高盐分的环境中相当敏感，容易发生点腐蚀，形成腐蚀损伤。腐蚀损伤造成材料疲劳性能下降，严重影响了飞机的疲劳寿命。高强铝合金的大气腐蚀不仅使维护和维修的费用大大增加，而且缩短了飞机的寿命，甚至引起灾难性后果。大气腐蚀暴露试验是一种接近使用环境的较可靠的9 / 24腐蚀试验方法, 试验结果也接近真实使用情况4。但是, 试验周期长, 尤其对于设计寿命有几十年的飞机结构件来说, 为得到全面的腐蚀使用数据, 可能需数年或更长时间。几十年来, 工程设计和腐蚀与防护界都在期望由实验室内的短期加速腐蚀试验结果来推测户外长期暴露试验结果, 为此提出了许多加速试验方法。例如使用酸性盐雾环境对航空常用高强度铝合金材料进行加速腐蚀试验, 并从腐蚀机理、腐蚀产物结构、试样外观表现及腐蚀动力学规律等方面与大气腐蚀试验相比较, 证明该加速方法对铝合金腐蚀试验的可靠性。考虑到真实的结构使用环境是复杂多变的, 如降雨、凝露、光照、大风等多样的天气以及温度、湿度、气压等的变化, 真实环境中还会存在电磁环境因素和生物环境因素的影响; 所以加速腐蚀试验不可避的有一定的模拟偏差5。通过对腐蚀试件的力学性能进行测试, 讨论试验条件对试样的力学性能的影响，进而从腐蚀对结构件造成的损伤等效的角度对加速腐蚀进行研究。研究典型高强铝合金试样的腐蚀行为，进而确定点腐蚀损伤对高强铝合金材料疲劳性能的影响，对于老龄飞行器的定寿、延寿和新型飞行器的设计、改进都有较为重要的指导意义6。二、国内外在该方向的研究现状及分析目前，对于高强铝合金的腐蚀行为研究主要局限于10 / 24盐雾试验。盐雾腐蚀试验方法可分成两大类: 天然环境暴露试验和人工加速模拟盐雾环境试验。天然环境暴露试验是将样品放在某一典型气候区域,在贮存环境下考样品的耐盐雾腐蚀性情况。天然环境暴露试验的周期一般很长, 需要几年甚至十几年,同时, 需要试验人员长期进行检查和记录, 所需人力、财力、物力较大。其试验结果也只适用部分地区, 在另一些地区则可能不适用。人工加速模拟环境试验是利用具有一定容积空间的试验设备盐雾试验箱, 在其容积空间内用人工方法造成盐雾环境, 对元器件的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。它弥补了天然环境暴露试验的不足,通过提高盐雾环境中氯化物的浓度, 使腐蚀速度大大提高, 得出结果的时间也缩短了很多。 人工模拟盐雾环境试验, 使样品的耐盐雾腐蚀质量不受自然环境条件的影响, 因此得到了较快的发展, 从单一的氯化钠盐雾试验发展成为多种类型试验7。盐雾试验可分为 4 类: 中性盐雾试验, 醋酸盐雾试验, 铜加速醋酸盐雾试验, 交变盐雾试验。中性盐雾试验 是最早出现的人工模拟盐雾试验, 也是目前应用最广的一种试验方法。国际标准化组织 、国际电工委员会 及工业发达国家和我国的产品标准大都规定中性盐雾试验为产品标准盐雾腐蚀质量项目的试验方法。中性盐雾试验模拟的环境条件相似于沿海地区的大气环境,试验可以揭示11 / 24元器件镀层存在的缺陷, 以及不符合质量要求的工艺处理, 对同一种镀层采用不同方法处理的质量评价也可以得出较满意的效果。室内加速试验又可分为四类：连续盐雾试验，循环盐雾试验，周期浸润实验，室内综合加速实验。铝合金材料构件在海洋大气环境服役过程中不可避免地会遭受不同程度的腐蚀损伤，主要腐蚀形式有点腐蚀、应力腐蚀等。点腐蚀会造成高强铝合金构件的疲劳性能下降，引起断裂等事故的发生。这主要是由于腐蚀损伤加速了表面疲劳源的产生和疲劳裂纹的扩展，而缩短了飞机结构部件的疲劳寿命及其剩余强度。已有很多学者研究了铝合金材料在海洋大气环境中的点腐蚀、应力腐蚀特征和规律，这些为航空等工业应用高强铝合金材料提供了设计依据。在研究铝合金材料的腐蚀中，大量的工作是针对铝合金所处的环境与腐蚀规律、铝合金的腐蚀类型及机理等，而铝合金材料的面积因素对点腐蚀的影响规律研究得较少。飞机在长期使用的过程中防护涂层不同程度的脱落、划痕及零件接合部位的磨损都会使铝合金材料产生不同面积的暴露，这会影响铝合金结构件的腐蚀行为。因此研究高强铝合金材料在盐水环境下的暴露面积对点腐蚀行为的影响以及腐蚀规律也是现在研究的方向之一。12 / 24绝大多数的金属设备 使用到一定程度其性能都会因腐蚀而受到影响, 出于安全性、经济性考虑, 腐蚀寿命的预测和评估已逐渐成为研究的重点8。在铝合金构件的服役过程中, 局部腐蚀往往是导致其失效的主要原因, 而其中高强铝合金的应力腐蚀开裂 问题尤为突出。60 年前, 德国齐柏林飞艇的铝合金构件发生了应力腐蚀, 甚至美国阿波罗登月舱和巨型土星火箭也出现了类似的应力腐蚀破裂 。直到如今研制生产的先进喷气飞机仍然存在这类铝合金的应力腐蚀问题。应力腐蚀的特点是材料构件在断裂破坏前没有明显的预兆, 故其破坏性和危害性极大。因此, 铝合金应力腐蚀开裂一直倍受人们关注 , 多年来国内外研究者在这方面做了大量的工作, 并在铝合金的 SCC 机理、影响因素及控制手段等方面已取得了较大进展和成果。盐雾对金属材料的腐蚀是以电化学方式进行的, 主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应, 形成低电位金属-电解质溶液-高电位杂质的微电池系统, 发生电子转移, 作为阳极的金属出现溶解, 形成新的化合物, 即腐蚀物。金属保护层和铝合金金属型铸造的工艺研究一、选题意义随着高科技日新月异飞速发展，现代制造材料构成发生较大变化，高密度材料使用比例下降，低密度材料使13 / 24用比例上升。轻金属材料应用范围不断扩大，向轻量化、高性能、多功能、环保、易成形再生和省能源方向发展。铝合金有良好力学性能，较高的比强度、比刚度和铸造性能；具有低密度，仅为钢的 1/3，便于运输、安装和使用；热导率高，为 123170 W/，是钢的 4 倍，有效降低零部件冷却时间；导电性好，而铝表面生成的氧化膜致密美观1，如果对铝表面进行氧化处理，生成的氧化膜结合牢固，腐蚀性能优良，成型性好，易回收再生与环保；有优良冷切削加工性能，可压力加工成型，其切削速度是钢的 5 倍，显著缩短生产周期，提高工模具寿命，降低生产成本等，而且铝的资源丰富，铝合金除了保持了纯铝的优点以外，还具有良好的机械性能、物理性能和工艺性能1，广泛应用于航天航空、核工业、兵器工业、造船、矿山冶金、汽车、机械制造等工业2。因此铝合金技术被列为国防科技关键技术及重点发展的基础技术3-4。铸造有色合金及其特种铸造技术在基本制造产业中占有重要地位，是关键技术之一。在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用，由其所带动的产业在国民经济中起着重要的支撑作用。目前公认的铸造有色合金包括铝、镁、钛、锌和铜等材料，约占各类铸件总量的 20%左右，由于减重降耗的要求，其应用具14 / 24有明显的增长趋势，例如在汽车产业中，汽车轻量化已经是大势所趋。采用铝合金零件替代钢铁零件是降低汽车重量的有效措施，同一零件采用铝合金要比铁合金质量轻65%，因此增大铝合金在汽车上的应用已经成为汽车零部件发展的主要趋势5-9，未来的目标是将铝合金铸件从现有的占铸件总重量的 10%增长到 30%左右，现如今几乎所有的轿车缸盖和大部分轿车缸体采用铝合金生产，而在航空工业中，铝铸件更是占到铸件总量的 80%以上10。为了更好的满足某类产品的使用要求，在产品设计时，会更多地考虑减轻产品的结构重量和特殊的物理化学性能，有色合金恰恰可以满足这几方面的需求，即：产品构件的减重和轻量化需求；产品的功能性需求，如电阻材料、磁性材料、记忆功能材料和耐磨减摩材料等；产品的装饰性功能需求，如铝合金的光亮性、钛合金的可着色性等。对产品的减重和构件轻量化需求是推动铸造有色合金应用领域不断扩大的动力，而对产品的功能性和装饰性需求则是铸造有色合金的发展方向铸造铝合金铸造铝合金是我国发展较早的有色金属材料之一，其密度小，比强度高和耐腐蚀，因此广泛地应用于航空、航天、汽车、机床制造等制造业。目前，随着行业的发展，对铸造铝合金的需求越来越大，尤其是汽车工业的发展，15 / 24轿车生产总量激增，对铝合金的需求量越来越大。例如一汽生产的红旗轿车，其整车铝合金铸件已经超过 100 kg11，而且随着对节约能源和环境保护要求的提高，铝铸件的生产正朝着轻量化、强韧化、精密化和复合化的方向发展，铸造铝合金的应用将有很大的空间。在各类铸造铝合金中，按照其性能特点可分为：高强韧铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金和超轻铝合金等等，其中高强韧铸造铝合金能够保证合金在高强度的条件下，还具有高的断裂韧性、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，因此可以部分的取代锻件，制备成形状复杂的铸件。例如ZL205A 高强度铸造铝合金，该合金的极限拉伸强度可达500 MPa 以上，已广泛用于航空、航天和交通等领域12-13。为了满足压铸件生产的需求，开发了 Al-Si-Mg 系和 Al-Si-Cu 系等压铸型铝合金，这类合金具有较高的力学性能及良好的切削加工性能，约占压铸件铝合金的 70%14，在汽车和摩托车等压铸件生产中应用比较广泛，包括支架、托架、滑板、左右机匣、刹车毂、泵体、刮雨器、支臂等结构件，压铸型铸造铝合金的发展将为促进铸造铝合金向压铸这种低成本的铸造方式转变创造条件。超轻型铸造铝合金是目前正在发展的一种铸造铝合金，包括 Al-Li 合金等，这种合金的密度比通常铝合金的还要小，而且弹性模量高，强度和抗疲劳性能以及抗腐蚀性能好，特别适用于航空和航16 / 24天等零部件的减重要求，例如由 Al-Li 合金生产的飞机翼珩和望远镜筒，与原来采用的铸造 Al-Si-Mg 合金相比，重量降低了 5%以上15。铸造铝合金的另一个重要发展趋势是铸造铝基复合材料的研究受到广泛重视，目前铸造 Al-Si基/SiC 颗粒增强的复合材料的应用相对成熟16。随着SiC 颗粒的加入，不但改善了合金的性能，而且提高了合金的刚性和耐磨性，在航空、航天、汽车等领域应用，具有可观的前景。铝合金金属型铸造工艺金属型铸造是特种铸造的一种，是指将金属液用重力浇注法浇人金属型，以获得铸件的一种铸造方法。由于铸型可以反复使用很多次，故有永久型铸造之称，也被人称作硬模铸造17。铝合金件金属型铸造与其他一些铸造方法相比主要具有如下几方面的优势:内衬使用金属型，铸件的质量和尺寸稳定，尺寸精度较高；铸件金属在金属型中冷得较快，铸件对热节的敏感性也相应降低，液态金属中过饱和气体不易析出，使铸件组织致密度提高；金属型上可方便地采取较多工艺措施，如涂料的组成、涂料层的厚薄、铸型的局部加热和强制冷却、转型浇注等，来控制铸件在铸型中的凝固顺序、金属充填的平稳程度，以保证获得优质铸件18.液体金属的工艺获得率高；17 / 24几何尺寸和金相组织等综合质量好；较低压及高压铸造工艺灵活，可生产较复杂铸件；更有利于大批量生产，大、中小型铸件的生产，特别是铝、镁合金铸件方面，应用得较为广泛；实现高度自动化和简化维修；在同等生产规模下，与高、低压铸造相比，铸造设备和金属型等工装的一次性投资更低。铝合金金属型铸造工艺主要有铝合金件金属型铸造工艺设计和铝合金金属型设计及材料。首先应对金属型进行预热，未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好，液体金属冷却快，流动性剧烈降低，容易使铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时，铸型将受到强烈的热击，应力倍增，使其极易破坏。金属型铸造工艺设计关键是铸件浇注位置的确定、浇冒系统的设计和模具工作温度的控制和调节。铸件浇注位置。它直接关系到金属型型芯和分型面的数量、金属液导人位置、排气的通畅程度以及金属型结构的复杂程度等，从而决定金属型加工和操作的难易程度以及铸件冷却温度分布，进而影响铸件的生产效率，尺寸精度等内、外质量。因此，铸件浇注位置是铸造工艺设计首先考虑的重要环节；浇冒系统。铸件浇冒系统设计决定铸件内、外质量。18 / 24浇冒系统应具有撇渣、排气和补缩功能，同时应保持铸件合理的凝固、冷却温度场。正确、合理的浇冒系统除凭经验估算外，附算机数值模拟可直观地预测铸件凝固过程温度场，显示铸件可能产生缩松的危险部位，从而指导工艺设计，并通过调整浇冒系统结构和尺寸、金属型结构、控制冷却速度或调整涂料层厚度等手段调节温度场、消除铸造缺陷；金属型工作温度。同样，金属型工作温度和各部分的温差对铸件的冷却温度场有着重要的作用。对金属型局部过热区域强制水冷和风冷是为了保证该区域保持正常的工作温度，提高生产效率，同时消除过热，保证正常的冷却温度场。金属型工作温度控制比较先进和有效手段是控制冷却水出口温度，出口温度靠冷却循环水循环速度调节。金属型设计及制造。好的金属型设计和制造技术是满足工艺设计、适应大批量、高质量铸件生产的关键。金属型设计主要包括金属型结构、排气系统、锁紧机构，冷却系统、连接机构以及铸件顶出机构。合理的铸造工艺和金属型设计只有通过先进的金属型加工制造技术来体现。金属型材料。适宜制造金属型的材料应具有足够的高温强度、一定的热稳定性和热疲劳强度以及足够的强韧性、耐磨性，且机械加工性要好。国内一般用铸铁、铸钢19 / 24和铜合金作为铝合金金属型模具材料，平均寿命 10000 一50000 次左右；发达国家普遍采用美国钢铁学会分类的 H-13，相当于国内 4CrMoVSi 钢。这种钢具有较高的热强度和硬度，还具有较高的耐磨性和韧性，用它作模具，其铸件尺寸稳定、模具寿命长，一般大于 100000 次。当然，模具的寿命除与材质有关外，还与模具结构、铸造合金的材料、操作和管理等因素有关。二、铝合金金属型铸造工艺国内外发展现状世界各国都面临着能源危机和环境危机，而体现工业发展水平的汽车制造业的发展对铸件提出了新的要求，即重量更轻、壁更薄、形状更复杂、强度更高。欧盟和美国新一代汽车的目标是每行驶 100 km 油耗要低于 3 L，这就要求汽车整车的重量减少至原来的 40%50%，汽车发动机缸体长期以来，多采用传统的灰铸铁材料。汽车轻量化一是材质的轻量化，用铝合金替代钢铁，零件减重 65%；二是工艺的精确化、薄壁化、强韧化。到 2016 年，美国轻型车采用铝合金铸件的比例中汽车发动机铝缸体已超过 70%。金属型铸造工艺是铝合金缸体缸盖铸造的传统工艺。该铸造方法19具有铸件冷却快、组织细密、力学性能高等优点，其铸件质量明显高于砂型铸造。但是金属型不透气、无退让性，易产生气孔、裂纹、浇不足等缺陷。因此在采用金属型铸造时须合理设计浇注系统以避免缺陷的产20 / 24生。其次，金属型制造成本高、周期长，因而不适合单件、小批量生产。该工艺主要应用于简单的缸体缸盖铸造。一般缸体缸盖的外形采用金属型，而内腔采用砂芯，这样使得金属型铸造缸体缸盖简单便利且工艺灵活。德国奔驰汽车公司麦庭根铸铝厂采用Mecanasa 公司制造的 12 工位金属型铸造机，年产量达到12000t 气缸体20。在国内，天津市汽车发动机制造厂早在 1987 年便自行设计制造了铝合金汽缸盖自动金属型铸造机组，并投产21。此外如一汽和上海大众等企业也采用金属型重力铸造大量生产缸盖22。为了提高铝合金铸件的质量，一些国家采用低压铸造和金属型铸造结合的方法，取得了不错的效果。主要优点有，铸造材料利用率非常高，可以大幅度降低材料费和加工费；易形成方向性凝固，内部缺陷少，可以获得完美铸件等。采用金属型重力铸造也取得了较好的效果，美国福特汽车公司 1998 年在俄亥俄州 Brood Park Ohio 耗资 9 900 万美元建成一个铝铸件厂，采用金属型重力铸造方法，生产铝缸体和铝气缸盖。此外美国通用汽车公司也采用金属型重力铸造方法生产 V8 铝缸体23，国内苏州明志科技公司最近推出 MJA 五开模金属型重力铸造机。其特点为：1）五开模可设定不同开模次序；2）人机界面多种铸造工艺选择；3）快速装卸模具；21 / 244）自动控制并显示模具温度；5）手动、自动循环两种工作模式；6）根据要求设计工作台面尺寸；7）可与机器人等外围设备组成自动生产线。此设备使用于微、轿车柴油发动机 4W 缸体。韦刚等24通过研究大型薄壁气密性铝合金铸件的金属型铸造，利用翻转浇注充型平稳的特点，合理设计了浇注系统的位置、截面积以及排气通道，使铸件能很好的成形。而且通过冷却水道、气道的有效布置，创新了有效的凝固顺序，杜绝了收缩和裂纹的产生，极大降低了漏气率，具有外观好、成本低、生产效率高和尺寸精度高等优点。迟彩芬等25针对铝合金叶片的铸造缺陷，分析指出浇注位置、浇注系统设计、型腔排气和充型温度场是造成铸造缺陷的主要因素，据此，有针对性地提出了铸型倾斜、平浇竖冷、沿分型面开设排气槽、改变涂料层厚度以及调整凝固顺序等改进措施，其效果在生产中得到验证。卢功辉26以汽车发动机油底壳为例，分析了壁薄、深型腔、大平面铝合金金属型重力铸件产生裂纹缺陷的原因，确定是合金凝固时期的热应力和收缩应力所致。通过控制化学成分、强化精炼、分散引注、提高模具温度、调整涂料厚度强化凝固顺序等工艺措施，成功解决了该类缺陷，获得了良好的经济效益。而且对拓宽