原标题：中国兵器科学研究院宁波分院&北方车辆：差压铸造铝合金中间箱体的研制

国外差压铸造技术已经进入成熟应用阶段，德国采用差压铸造工艺生产了510kg的1200马力船用发动机曲轴箱；日本采用差压铸造工艺制造的V8发动机铝合金缸体，强度和韧性有明显提高；保加利亚采用差压铸造工艺制造的特种车辆铝合金轮毂，铸件本体的抗拉强度为355MPa、伸长率为7.5%。国内在差压铸造技术的研究, 尤其是应用方面较弱。虽然差压铸造技术已在航空、航天、国防、汽车领域的大型、薄壁、复杂有色金属铸件方面获得广泛应用，如用于铝合金分流机匣和铝合金舱门盖等产品的生产，但普遍采用铸造性能较好、力学性能偏低的Al-Si系合金，在产品性能和品质方面存在一定的问题。

采用差压铸造工艺研制高强韧Al-Cu合金中间箱体，经过铸型设计、铸件充型及凝固过程模拟仿真、差压铸造、热处理等过程，并对研制的铝合金中间箱体进行了微观组织和断口形貌观察、力学性能测试，以期为差压铸造应用提供参考。

图文结果

表1 高强韧Al-Cu合金的化学成分（%）

铝合金中间箱体外廓尺寸为，壁厚为12mm, 质量为18.6kg，其结构见图1。差压铸造铸型设计方案：（1）箱体外型和型芯均采用覆膜砂。覆膜砂外型的外部镶嵌金属外型，实现与外部镶嵌金属外型的底模精确定位;（2）铸型底部采用“十字形”横浇道进行浇注 (见图2)，顶部采用“十字形”通道进行补缩，铸件厚大部位放置冷铁;（3）主型芯通过自定位芯头保证定位精度;（4）铸型装配前在工作表面喷涂专用涂料，保证铸件表面粗糙度和便于清砂。

图1 铝合金中间箱体的三维结构

图2 铸型底部的“十字形”横浇道和冷铁放置的位置

图3 铝合金中间箱体差压铸造示意图
1.铝合金液2.坩埚3.升液管4.坩埚进气嘴5.工作台6.底垫板7.底模8.过滤网9.中间窗砂芯10.铸型室进气嘴11.覆膜砂上型12.铸型室罩13.主砂芯14.内通道砂芯15.侧平面砂芯16.覆膜砂外型

图4 增压法差压铸造的升压曲线
a.升液阶段, b.充型阶段, c.结壳阶段, d.结晶阶段的时间分别为5、10、200、700s

图5 铝合金中间箱体充型及凝固过程模拟仿真和缺陷预测

图6 Al-4Cu合金的差热分析曲线

显微组织及断口形貌铝合金中间箱体的显微组织见图7。由图7a可见，其显微组织由α固溶体、θ-Al2Cu相、T-Al12Mn2Cu相、TiAl3相、Cd相、TiB2相组成;由图7b可见，经T5处理后，显微组织致密，无气孔和氧化夹杂。前者是由于铝液是在压力下结晶，铝液或铸件结晶硬壳与型壁紧密接触，改善了铸件与铸型间热交换条件，使铝液凝固速度加快，细化了铸件的显微组织；后者是由于金属液在充型过程中保持稳定的层流状态，避免卷气和氧化夹杂。

表2 铝合金中间箱体不同时效处理的力学性能

图7 Al-4Cu铝合金中间箱体的显微组织

图8 铝合金中间箱体的断口形貌

研究结论

差压铸造Al-4Cu铝合金中间箱体毛坯轮廓清晰，无浇不足、冷隔、裂纹等铸造缺陷;显微组织致密，无气孔和氧化夹杂等铸造缺陷；拉伸试样断口呈韧性断裂；本体的抗拉强度为397MPa、伸长率为6%。

本文作者：

李素梅1 范云波1 孙占春2 陈大辉1王群1 邢志媛1 汤进军1

1.中国兵器科学研究院宁波分院；2.中国北方车辆研究所车辆传动重点试验室

本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志社，《压铸周刊》战略合作伙伴