铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展

摘要：镁合金以其轻量化、高比强度和良好的阻尼性能在汽车、航空航天等领域应用广泛。数值模拟通过再现铸造成形过程中的各类宏观和微观物理过程，可以调控组织、减少缺陷、提高力学性能和优化铸造工艺参数。本文综述了铸造镁合金在枝晶和共晶凝固组织模拟，偏析、气孔和热裂等缺陷模拟，以及力学性能预测等方面的研究现状，简要介绍了近两年在铸造镁合金成形工艺模拟方面的研究进展。最后，指出了当前铸造镁合金数值模拟研究存在的问题及发展方向。

引用格式：蒋斌，张昂，杨艳，等.铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展[J].铸造，2024，73（8）：1043-1058.

某钛合金泵体特种砂型铸造工艺分析及优化

摘要：泵体是石油化工领域常用的零部件，在其铸造生产过程中，泵体的底部法兰有蜗型双 流道一侧的位置和法兰盘带有凸起的位置存在大的缩孔，热压后出现大压坑，严重影响铸件 质量。本文基于Procast软件建立泵体铸造成形仿真模型，分析泵体在不同的铸造方案下的缺 陷位置和大小，优化了浇注系统，模拟研究表明，在泵体下法兰设置石墨冷铁进行激冷，有 效解决了下法兰大缩孔的问题，缩孔大小由55 cm3减小到1.44 cm3，整体减小了97.4%。结合 建立的有限元模型，采用正交试验和响应曲面对工艺参数进行优化，模型预测的最佳工艺条 件为：初始浇注温度为1 770 ℃，初始浇注半径为37.7 mm，浇注时间为5.1 s，此时泵体的缩 孔总大小为1.421 cm3。建模计算与响应曲面模型预测值对比，误差为0.63%，验证了响应曲面 模型的可靠性，可为后续实际生产提供指导。

引用格式：马静，王林春，张元光，等.某钛合金泵体特种砂型铸造工艺分析及优化[J].铸造，2024，73（9）：1304-1310.

基于砂型3D打印技术的壳体低压铸造工艺开发与验证

摘要：壳体型腔复杂且壁薄，采用传统工艺不仅造型困难，而且从模具设计到整体铸造工艺 开发与验证，所用周期长、效率低，生产成本高。基于砂型3D打印技术快速制样优势，本文 对壳体浇注系统采用随形设计方案，实现了型腔、叶片一体化结构成形制造，结合数值仿真 计算分析，对浇注工艺进行设计优化，开展了浇注试制与铸件实物检测。结果表明，选用3D 打印砂型整体成形工艺可实现复杂结构壳体的短周期、低成本与高精密制造，实现工艺样件的快速制造。

引用格式：艾雨蒙，游志勇，刘世龙，等. 基于砂型3D打印技术的壳体低压铸造工艺开发与验证[J]. 铸造，2024，73（8）：1159-1164.

基于连续逐层添加的金属增材制造热－力耦合行为数值模拟研究

摘要：金属增材制造是引领第三次工业技术革命的核心技术之一。然而，因过大的残余应力 所引发的变形、开裂、抗腐蚀性能下降等问题仍然是阻碍金属增材制造发展的主要瓶颈之 一。本文借助开源多物理场仿真平台Elmer，开展了基于连续逐层添加的金属增材制造热-力 耦合行为数值模拟研究。其中，连续逐层添加是依据时间与单元位置等信息实时控制单元的 激活状态得以实现，应力释放的预测是通过人为将基板的弹性模量设置为很小的值得以实 现。针对激光能量输入与基板预热温度对金属增材制造热-力耦合行为的影响，发现随着激光 能量输入逐渐降低或基板预热温度逐渐提高，制件的位移逐渐减小，制件的残余应力水平逐 渐减弱；相比于激光能量输入，基板预热温度对金属增材制造热-力耦合行为的影响更大。

引用格式：曹流，朱民富，李峻荣，等.基于连续逐层添加的金属增材制造热－力耦合行为数值模拟研究[J]. 铸造，2024，73（8）：1065-1072.

稀土镁合金框架铸造工艺优化研究

摘要：采用ProCAST软件及试验验证的方法对稀土镁合金框架铸造工艺进行优化研究，并 结合X射线无损检测、光学显微镜等设备对铸件内部质量、显微组织和力学性能进行表征分 析。结果表明：工艺优化前，由于补缩效果不足，铸件内部夹渣、气孔以及疏松等缺陷较 多；工艺优化后，通过调节浇注和补缩系统，铸件内部缩松和气孔缺陷基本消失，铸件合格 率从68.2%提升到93.5%。显微组织观察表明：铸态显微组织均由等轴的α-Mg基体和沿晶界 连续网状分布的第二相组成，工艺优化后铸件晶粒尺寸变得更加细小，平均达到35.99 μm。力学性能测试表明：工艺优化后，铸件T6态的室温平均抗拉强度和断后伸长率为265.33 MPa 和7.17%，相比于工艺改进前，分别提高23.03%和26.46%。

引用格式：潘龙，武丽丽，张益锋，等.稀土镁合金框架铸造工艺优化研究[J]. 铸造，2024，73（8）：1165-1170.

一种铝合金壳体压铸模具设计

摘要：通过对壳体零件的结构和成形性分析，重点对模具设计的主要环节进行了详细的分析与研究；分析设计了模具的分型面位置、浇注和排溢系统的结构以及推出机构，采用在侧面厚壁处多点浇口的结构形式；对模具的型芯、型腔做了具体的结构设计，采用型腔在定模、型芯在动模的普通两板式结构形式；并且型芯和型腔部分制作成活动镶件，便于修理、更换，模具结构简单、实用，完全满足模具的设计要求。

引用格式：孙全喜,李淑利,王伟,等.一种铝合金壳体压铸模具设计[J].铸造,2024,73(2):220-223.

脉冲磁场对稀土AZ91D镁合金凝固组织及性能的影响

摘要：研究了脉冲磁场对稀土AZ91D镁合金凝固组织及力学性能的影响。研究表明：在AZ91D镁合金中加入适量稀土La有利于晶粒细化，形成新的稀土针状化合物Al2La；在AZ91D-0.75La合金凝固过程中施加脉冲磁场处理后，针状化合物Al2La长度更加短小，甚至趋于球化；同时，AZ91D-0.75La合金的凝固组织和力学性能得到进一步改善，当脉冲占空比为20%、频率为20 Hz时，合金的处理效果最好，晶粒尺寸从156.3μm下降至103.5μm，细化了33.78%，维氏硬度也从HV 53.8增加至HV 69.4。

引用格式：来昊民,白庆伟,田迎春,等.脉冲磁场对稀土AZ91D镁合金凝固组织及性能的影响[J].铸造,2024,73(1):68-75.

汽车车灯支架压铸工艺CAE分析及模具设计

摘要：分析了汽车车灯支架的结构特点，进行了压铸工艺设计，并应用ProCAST软件对该铝合金压铸件的充型过程、压铸模具热平衡和温度场进行了数值模拟分析，预测缺陷产生的位置及原因，根据预测结果对模具结构进行了优化。实际生产表明，采用优化后的模具设计方案提升了铸件质量。

引用格式：罗维,贾志欣,李继强,等.汽车车灯支架压铸工艺CAE分析及模具设计[J].铸造,2024,73(2):202-207.

铝合金细化剂细化行为研究现状与展望

摘要：晶粒细化处理能够显著改善铝合金的综合性能，对拓展其应用领域意义重大。本文基于异质形核，探讨了点阵错配模型、边边匹配模型以及自由生长模型，肯定了边边匹配模型在筛选潜在晶粒细化剂方面的高效性；根据自由生长模型关于异质相尺寸、形态、分布等对晶粒细化效果影响的理论研究，归纳了物理、化学方法调控第二相进而优化细化效果的研究进展，并且对第二相尺寸影响细化效果的原因进行了理论阐述，最后对优化晶粒细化剂的方向做了展望。

引用格式：杨光,文胜平,雷志国,等.铝合金细化剂细化行为研究现状与展望[J].铸造,2024,73(4):445-452.

铝合金低压铸造过程数值模拟

摘要：铝合金密度小、比强度高，常作为汽车轻量化材料。低压铸造充型平稳，能成形复杂薄壁铸件，广泛应用于汽车典型零部件的制造。为优化低压铸造工艺、减少铸件缺陷、获得优良组织性能的铸件，运用集成计算材料工程与多尺度数值模拟方法对铝合金低压铸造过程开展研究，具有重要的科学意义与工程价值。本文全面综述了低压铸造铝合金凝固过程数值模拟技术的发展，分析了充型过程和凝固过程的宏观数值模拟及其常用算法，归纳总结了元胞自动机模拟铝合金初生相和共晶相的微观组织演变的研究现状，展望了铝合金低压铸造过程数值模拟的未来发展方向。

引用格式：谭云骧,马聚怀,许庆彦.铝合金低压铸造过程数值模拟[J].铸造,2024,73(3):270-281.

6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证

摘要：对挤压铸造6082铝合金汽车法兰件进行了不同挤压铸造工艺参数的数值模拟，并预测了缩松缩孔缺陷产生的位置。结果表明：各参数下的汽车法兰件充型完整，保压过程中由于三个凸台对应的部位壁厚大，该处最后凝固；保压结束后，模具承压部位温度明显高于其他部位，温度分布表现出不均匀性，在实际压铸过程中应当注意防护以免模具损伤。缩孔缩松位置主要出现在三个凸台对应的厚壁位置，与温度场结果一致。成形试验获得了优良的铸件，表明数值模拟结果准确、可靠。

引用格式：姜巨福，孔令波，黄敏杰，等. 6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证 [J].铸造，2024，73（3）：313-320.

基于组织特征的挤压铸造A356合金局部力学性能研究

摘要：采用基于微观组织特征的有限元分析（FEA），计算了A356挤压铸件不同部位的力学 性能。通过不同分析域尺寸、网格尺寸和FEA模型的分析，确定了合适的有限元模型，使用 试验拉伸结果对FEA结果进行了验证，探讨了组织特征对性能的影响。结果表明，Si粒子长 度和形状因子增大，抗拉强度与伸长率均呈下降趋势；Si粒子的密度和面积分数的增大，抗 拉强度提高和伸长率降低；A356合金的损伤演化过程可分为Si粒子断裂（微裂纹的形成）、 裂纹的扩展和连接三个阶段；Si粒子小而圆整且分布较均匀时，局部力学性能各向异性小， Si粒子长宽比较大且呈现出明显的方向性时，局部力学性能各向异性加大。

引用格式：马万里，赵海东，王雪灵，等.基于组织特征的挤压铸造A356合金局部力学性能研究[J].铸造，2024，73（3）：303-312.

集成计算材料工程及其在镁合金铸造和热处理方向上的应用探索

摘要：集成计算材料工程（ICME）是材料开发与应用的革新模式，其定义为计算工具中获取 的材料信息与工程产品性能分析和制造过程模拟的集成。自ICME概念提出以来，航空航天、 汽车和船舶工业在应用ICME方面取得了显著进展。本文对上述进展进行了比较全面的综述， 在此基础上介绍了作者课题组在构建镁合金铸造和热处理ICME框架方面的研究进展，包括镁 合金凝固枝晶生长的元胞自动机（CA）和相场（PF）建模、共晶和第二相的X射线断层扫描 表征、时效过程析出相的相场建模，以及可用于预测铸态组织晶粒尺寸和第二相体积分数、 时效组织中析出相的数量密度、尺寸、体积分数和屈服强度的解析模型。最后对ICME的应用 前景进行了展望并提出了建议。

引用格式：韩志强. 集成计算材料工程及其在镁合金铸造和热处理方向上的应用探索[J].铸造，2024，73（3）：290-302.

激光增材制造金属构件的缺陷控制研究进展

摘要：介绍了激光增材制造原理、技术特点及其适用的金属材料体系，归纳了常见冶金缺陷 的形成机制、影响因素，并从工艺参数优化和后处理两方面阐述了增材制造冶金缺陷处理的 相关研究进展，明确了工艺参数优化与后处理优化的方向。最后对激光增材制造未来的发展 趋势和研究方向作出了展望。

引用格式：曹亮，姚磊，梁静静　等. 激光增材制造金属构件的缺陷控制研究进展[J].铸造，2024，73（4）：463-468.

铝合金细化剂细化行为研究现状与展望

摘要：晶粒细化处理能够显著改善铝合金的综合性能，对拓展其应用领域意义重大。本文基 于异质形核，探讨了点阵错配模型、边边匹配模型以及自由生长模型，肯定了边边匹配模型 在筛选潜在晶粒细化剂方面的高效性；根据自由生长模型关于异质相尺寸、形态、分布等对 晶粒细化效果影响的理论研究，归纳了物理、化学方法调控第二相进而优化细化效果的研究 进展，并且对第二相尺寸影响细化效果的原因进行了理论阐述，最后对优化晶粒细化剂的方 向做了展望。

引用格式：杨光，文胜平，雷志国，等. 铝合金细化剂细化行为研究现状与展望[J].铸造，2024，73（4）：445-452.

定向凝固镁合金组织形貌及力学性能研究进展

摘要：利用定向凝固技术调控镁合金晶体取向和组织结构，可以提高镁合金的力学性能。目 前对镁合金定向凝固的研究仍处于探索阶段。综述了定向凝固镁合金的组织形貌及胞-枝晶转 变特点，并结合课题组的研究讨论了定向凝固镁合金一次晶轴生长取向及其与力学性能相关 性。简要介绍了定向凝固镁合金中的长周期堆垛结构相、定向凝固镁合金的耐腐蚀性能以及 定向凝固过程数值模拟的研究情况，提出了镁合金定向凝固研究的重点与方向。

引用格式：靳康帅，张航，张旭曌，等.定向凝固镁合金组织形貌及力学性能研究进展[J].铸造，2024，73（4）：453-462.

热处理对电弧增材制造 TC4 钛合金组织和性能影响的研究进展

摘要：电弧增材制造（WAAM）TC4钛合金相比传统制造工艺具有成本低，沉积速率高等优 势，应用前景广阔。然而电弧沉积过程会使材料微观组织结构不均匀、产生残余应力，造成 其力学性能的各向异性，故需采用合适的热处理工艺以消除不利影响、进一步满足使用性能 要求。本文综述了近年来国内外关于热处理调控电弧增材制造TC4合金组织性能方面的相关 文献，全面分析了热处理对TC4合金等轴晶形成及细化的影响机制，讨论了热处理工艺对TC4 合金强度、塑性、硬度、疲劳、抗蠕变等力学性能的影响因素与作用机理，最后对WAAM热 处理工艺对调控TC4合金组织和性能的研究进行了展望。

引用格式：兰中霖，王玉凤，尹来胜，等. 热处理对电弧增材制造 TC4 钛合金组织和性能影响的研究进展[J].铸造，2024，73（9）：1197-1209.

Cr含量及热处理对NbMoZrAl基高熵合金微观组织与力学性能的影响

摘要：采用真空电弧熔炼的方法制备了高熵合金（Nb70 Mo10 Zr10 Al10 ）100-x Crx （x=5，10，15 at.%），通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和电子万能试验机 等研究了Cr含量和高温热处理对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明，随着Cr元素 的添加，合金中析出了Cr2 （Nb，Zr）型第二相，随着Cr元素含量的增加，第二相的体积分数 增加且枝晶细化；经过1 200 ℃、24 h的高温热处理后，更多的Cr元素扩散析出到枝晶间形成 Laves相，并与Al-Zr相交错分布。NbMoZrAl-Cr合金压缩屈服强度逐渐从0Cr合金的945 MPa 提升到5Cr合金的1 153 MPa、10Cr合金的1 212 MPa以及15Cr合金的1 305 MPa，第二相强化及 细晶强化是屈服强度提升的主要原因。相关结果将为新型难熔高熵合金的设计提供一定的参 考和依据。

引用格式：王涛，时洁，潘虎成，等. Cr含量及热处理对NbMoZrAl基高熵合金微观组织与力学性能的影响[J].铸造，2024，73（9）：1210-1217.

SMOTE 数据预处理算法在砂型铸造复杂铸件缺陷预测中的应用

摘要：针对实际生产过程采集的复杂转向桥铸件工艺数据中冷隔、气孔、砂眼、缩孔等缺陷 类别的数据量严重不平衡、复杂铸件缺陷预测模型准确率不高的问题，结合砂型铸造实际工 况，引入了SMOTE（Synthetic Minority Oversampling Technique）数据预处理算法，探究其 在砂型铸造复杂铸件缺陷预测中的应用。根据采集到的复杂铸件不平衡数据集的特点，基于 SMOTE数据预处理算法，科学扩充了不平衡数据集，创建了可用于训练复杂铸件缺陷预测模 型的平衡数据集，数据预处理前后的模型预测准确率从86.50%提高至97.91%。

引用格式：潘徐政，刘迎辉，李文，等. SMOTE数据预处理算法在砂型铸造复杂铸件缺陷预测中的应用[J].铸造，2024，73（10）：1473-1479.