五种日本铸造新技术借鉴

      一、耐磨的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊

      带材热轧机用的工作辊，前段到中段台架都可用耐磨性好的低合金钢轧辊。但后段台架用低合金钢轧辊就有可能发生事故的问题。现在也使用耐事故性好的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊。为保持其耐事故性同时进一步提高其耐磨性和保持表面质量的能力，开发了新型的高合金麻口细晶粒铸铁轧辊。新型轧辊的金相组织（面积比）是：30-40%的渗碳体，2-5%的石墨，其余为硬度HV480-520的基体。

      新型轧辊中加入了原先高合金麻口细晶粒轧辊中没有、而低合金钢轧辊中含有的合金，并调整了化学成分。

      低合金钢中的合金，能和碳结合结晶出高硬度的MC型碳化物。另一部分固溶于基体中，强化基体。基体的硬度由原来的HV512提高到新开发的HV568，提高了11%。

      为提高耐磨性而添加的低合金钢中含有的合金，是白口形成元素，因而会阻碍石墨结晶析出，而石墨又是保持其耐事故所必需的，因此对成分进行了调整。

      新开发的轧辊（轧钢2000吨）与过去的轧辊（轧钢1250吨）轧钢后，对表面进行了检查，确认新开发轧辊的磨损比过去的轧辊要少。而且过去的轧辊表面粗造度为11.9μm，新产品为Rmax6.9μm,表面质量也有了改善。耐磨性用每磨损1mm的轧辊量来评价，新轧辊是过去轧辊的130‰。

      二、可焊接、可热处理的薄壁压铸摩托车架

      摩托车的车架此前多是用板材、挤压的型材或者锻材制成的部件和重力铸造的铸件焊接组装构成的。但是，用板材和型材作出自由曲面受到一定的制约，重力铸造在大型化和薄壁化方面也受到限制。从车架设计方面说来，最好能作出理想的自由曲面，在强度上必要的部分厚一些，不必要的部分尽可能薄些，达到轻量、高刚性构造。因此，研究开发了薄壁大件也可成形，通过热处理可获得充分的强度和伸长率，而且可焊接组合的压铸件生产技术，并应用于摩托车车架。

      压铸是通过柱塞和缸体将铝液高速注入压型，能复制精度好的薄壁铸件而且成形效率高的铸造技术。不像板材、型材那样铸造后需要压伸、挤压等二次加工，压铸可以直接成形，从而可降低成本，能耗，对环境影响小。但是，一般压铸时，烙液中易于卷入空气和氧化物，制品中含气量高、缺陷多，进行T6热处理和焊接有困难。而且，薄壁部分凝固快，大型薄壁化时在填充性上也受到制约。针对上述问题采用了以下措施。

      1．压型密封和真空排气，压型内达到5Kpa程度的高真空时进行铸造，以抑制高速浇铸时卷入空气。

      2．控制压型温度，薄壁时提高铝液流动性，可成形大件。

      3．根据铸件的形状和壁厚，精确控制浇注速度，减少紊流。

      4．铝溶液净化处理，减少活塞一缸体间的润滑剂，以极力控制产品中混入不纯物质。

      5．用计算机对流动、凝固进行模拟分析以取得最佳的压型设计方案。

      采用以上措施后，压铸件的含气量在3ml/100g以下，与重力铸造的铸件相当，可进行T6热处理和焊接。一般铸件壁厚以2.5mm左右为界限，现在壁厚1.5mm的也可成形，最大尺寸可到1.5m。

      三、与透平罩壳铸件成一体的排气岐管

      在世界规模的竞争中，汽车零部件降低造价是重要的议题。在铸造方面，重要任务之一就是从设计自由度着手，发展一体化、中空化，以达到轻量化，降低造价的目的。

      将汽车发动机的透平罩壳和排气岐管一体化，从而省掉两者相连结的法兰等零部件，使重量减轻20%，造价降低30%。

      透平罩壳铸件要求有耐高温氧化性和耐生长性，而排气岐管则主要是热疲劳的寿命问题。要解决这二个方面的要求。

      在铸铁表面形成富硅层，可以提高耐高温氧化性，经试验加4%的硅即可达到此目的。而硅量在3.8%以上时，也可满足耐生长性的要求。

      热疲劳寿命受制品形状和使用环境影响很大。大体上说，硅量在3.5-5%时（特别是最高时）在各种条件下均可达到提高热疲劳寿命。

      球铁含硅在4%以上时，有过共晶的倾向，应注意铁水的流动性和产生石墨漂浮的问题。对此，碳当量（C+1/3Si）宜在5%以下。

      因此，硅量在4-5%，碳量在3-5%以下时，可满足两方面的要求，而达到透平顶罩壳与排气岐管整体铸造的目的。

      四、纤维增强的发动机缸体

      汽车的发动机要向轻量化、紧凑化、高性能化方向发展。

      轻量化主要是发动机中最重的缸体使用铝合金，紧凑化主要是缩短缸体的各缸孔间的尺寸，以达到使缸体全长缩短。高出力是同样的缸体使缸径扩大从而增大排气量，这与简洁化是兼容的。高性能化是使缸体整体铝合金化，使缸孔的热传导好、变形小，从而提高发动机效率，节约能源。

      原来的缸体多用铝合金压铸，镶铸铸铁缸套，不能满足上述要求。因而开发了整体铝合金发动机缸体，缸孔部分用纤维增强金属。

      缸孔部分用陶瓷纤维预制品，其间隙中浸入铝合金液体，置换空气而形成。预制品在压型中定位，与过去用的铸铁衬套同样。将预制品进行预热，固定在支撑物上，支撑物在压型中定位。

      另外，为使预制品的纤维间隙易于浸入铝液，采用层流压铸法。为防止铝液温度降低，向压射室涂敷粉状润滑剂，压型上涂敷粉状离型剂。铸造后可将支撑物回收反复使用。

      五、半固态成形铝合金的制造技术

      传统的铝合金铸件，力学性能和耐压性方面的可靠性差。所以，一种高质量的成形方法——半固态成形法引人注目。这种方法的要点是将液体金属、固体金属与混合状态下（半熔融）制造铸件。可使铸件内部缺陷大幅度减少，从而提高耐压性和力学性能。这种方法要用经电磁搅拌等特殊方法制成的坯料。日前，日本制造厂所用的坯料是从国外进口的，在生产成本、稳定供应和余料的回收利用等方面都存在问题。

      自行研究开发的坯料的制造技术，以加工应变导入法为基础，经多项研究试验加以改进，确立在半熔融加热条件下使初生成为100um左右的均匀球状体的制造技术。其要点为：

      1．为抑制制坯料中的初生?相的成长，控制凝固速度并确定化学成分。

      2．加工应变时控制导入的速度和温度。

      3．加工应变的均衡导入技术。

      用这种方法制造出来的半固态成形用坯料，半熔融温度加热处理后微观组织均一。

      用几种坯料制成的轮毂，与原来的产品比较，在顶端与薄壁部位都有均一细微的微观组织。机械性质优良，完全达到了旋转弯曲试验技术标准的要求。

      文章由铸造展整理发布。