金属复合材料发展空间有待进一步扩大，为提高金属复合材料利用率，优选适合的铸造工艺是极为必要的。基于实验分析法探究铸造工艺对材料综合性能的影响，从整体上提升金属复合材料经济价值。足以见之，这一论题具有探究的现实性意义，论题内容探究如下。1 金属复合材料基本介绍1.1 定义所谓金属复合材料，指的是金属经复合技术处理而获得的复合材料[1]。换言之，即利用冶金技术将理化差异显著的金属材料处理成复合型材料。对比于单一金属材料，金属复合材料性能较丰富，这也是金属复合材料广泛应用的主要原因。1.2 种类从基体角度进行分类，可分为细分铝基复合材料、镍基复合材料、钛基复合材料。从增强体角度进行类别划分，有层状复合材料、颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料。不同种类金属复合材料的性能各异，因此，材料使用者应根据具体情况选择适合的材料，通过发挥材料优势来提高材料利用率[2]。2 铸造工艺常见类型2.1 固液复合铸造工艺工艺实践原理为：预制完成的基体金属浸于复层金属液中，利用扩散反应形成金属复合材料的铸造工艺。该工艺具有成本低廉、操作简单、接合效果良好、适用性强等特点。由于固液体积比不尽相同，使得复合界面存在显著差异，同时，这为镶铸复合工艺和包覆铸造工艺划分提供依据[3]。2.2 离心铸造成型工艺工艺应用原理总结为：在金属型内注入高温金属液，之后通过金属型快速转动产生离心力，使得金属液全面覆盖金属型，实际上，金属液凝固过程即铸件形成过程。离心铸造成型工艺具有高精度、热应力缓和等作用，这一工艺广泛用于铝基复合材料制备[4]。2.3 新型双金属包覆铸造工艺该工艺是节能减排战略实施的产物，它融合轻金属材料和处理工艺来实现包覆铸造目标。这一工艺具有低成本、强度高、适用范围广等优点。如今，包覆铸造工艺分为“液 - 固”铸造、“液 - 液”铸造两种类型，通过控制金属液浇筑速度来提升金属层性能。研究学者对“液 -液”铸造工艺深入研究，将其用于连铸生产环节，以期为金属复合铸造业发展提供支持[5]。2.4 感应预热双金属复合成型工艺这一工艺能够弥补传统堆焊法、铸渗法、镶铸法不足，它通过电磁感应形成感应电流，进而产生热能，以便为金属浇筑工作提供所需要的热量。具体来说，金属浇筑活动开展前，在感应线圈内放置镶铸体，通过持续加热来铸造工艺对金属复合材料综合性能的影响研究■■ 方晓辉（郑州机械研究所有限公司）摘 要：金属复合材料在市场中广泛销售，为确保此类材料保持良好销售态势，应合理选用铸造工艺，以此提升材料综合性能。本文首先对金属复合材料的定义和种类进行基本介绍，然后总结五种常见铸造工艺类型，最后重点探究铸造工艺影响金属复合材料综合性能的具体表现，对复合材料未来发展进行展望。希望相关研究者以此为参考，进而拓展铸造工艺实践思路。关键词：金属复合材料；铸造工艺；综合性能；影响分析方晓辉：铸造工艺对金属复合材料综合性能的影响研究38 2020年4月（上）/ 总第258期结合金属界面，直到符合金属复合材料制备要求。2.5 退火工艺退火工艺隶属于金属热处理工艺，其原理是将金属缓慢加热到一定温度后，使其保持足够的时间，随后基于适宜的速度冷却，以有效降低金属的硬度，改善金属材料切削加工性能，并在稳定尺寸基础上消除残余应力，减少金属变形与裂纹问题。与此同时，高效的退火工艺，可以细化晶粒，调整金属组织消除缺陷。对金属开展退火工艺处理，包括完全退火、不完全退火、均匀化退火、球化退火、去应力式退火，常见退火技术包括半导体退火技术、蒸发电极金属退火技术。金属材料铸造阶段，不同温度扩散退火，对于金属复合材料的性能会产生显著的差异性影响[6]。3 铸造工艺影响金属复合材料综合性能的表现3.1 实验准备充分准备实验材料，如碳、锰、硅、铬等，适当控制各类材料用量，确保实验活动顺利进行，并缩小实验误差，进而客观掌握铸造工艺对金属复合材料性能的影响。碳材料呈现形式即渗碳体，之所以要控制碳含量，主要是因为过高的碳含量会弱化钢材韧性，过低的碳含量会影响钢材耐磨效果。锰的作用表现在两方面，即脱氧和中和（硫元素），同时，锰与硅配合应用，能够增强钢的韧性及强度。应适当控制锰的用量，否则钢材料会因锰成分过多而弱化回火韧性，极易产生脆化现象。硅材料以固状进行溶体，并贮存于铁素体，它能够增强钢的硬度，以及抵抗变形的能力。铬属于耐磨材料的一种，它既能作为碳化物的组成元素，又能固溶于铁素体，其作用即增强钢的热处理性能，并保证钢材料完好性。当碳化物析出后，会不同程度强化钢材质地，同时具有沉淀作用。同时，分析不同温度扩散退火，对金属复合材料性能带来的影响。除此之外，准备感应电炉、全自动金属摆锤冲击实验机（ZBC-300B）、动载荷磨料磨损试验机（MLD-10）、金相显微镜（GX71）。3.2 实验方法观察实验钢材在铸造工艺作用下综合性能变化情况，从界面组织、导热性能、耐磨性、比强度及比模量、力学性能、膨胀性能等方面进行分析。其中，相关参数调整为：烧注温度为 850℃；湿砂型浇注后大小为1cm×1cm×5cm。浇筑过程中，浇筑对象以低碳钢和高碳钢为主，先浇筑低碳钢，待钢液达到复合界面后浇筑高碳钢，并在任一组浇筑活动中增加激冷材料，进而形成一定厚度，产生温度差。随后对金属 AgCuNiCe/TU1 复合金属材料进行退火工艺实验，分析不同退火温度对结合界面金相组织区域晶粒尺寸、成分分布、材料性能的影响[7]。3.3 实验结果3.3.1 界面组织方面的影响浇筑操作间隔一定时间后，低碳钢晶体在温度较高的铁水作用下，能够完好定型，且外表融化层质地较薄。此外，液体交汇位置交错呈现，清晰可见熔融现象，足以说明，冶金结合效果良好，并且复合界面无混沌现象。对不同退火温度下 AgCuNiCe/TU1 复合金属材料结合界面金相组织进行观察，观察结果显示，经过不同温度扩散退火、并保温 0.5h 后，室温下材料未退火期间 TU1 显示出细长拉伸纤维晶粒，AgCuNiCe 复层状态为十分细小等轴晶粒。与此同时，观察中发现杂质之后，横截面部分基层、复层薄厚不均匀，可见相对明显分层。400℃退火工艺处理后，TU1 层晶粒有限变大，且出现少量孪晶，因为 Cu、Ni、Ce 弥散分布可以明显抑制晶粒再结晶，因此复层晶粒仍然较为细小，但虽然复层、基层已经基本初步结合，然仍旧可见分层。退火温度提升至 500℃后，界面两侧晶粒均出现长大现象，TU1 层晶粒长大更加显著，大量退火孪晶出现，两层结合得到增强。退火温度 600℃后，界面两侧晶粒显著增大，更大退火孪晶出现于 TU1层，结合面出现少量细小晶粒退火 750℃后，晶界开始出现熔合，肉眼不可见完整晶粒，AgCuNiCe 层晶粒基本进入稳定状态，界面出现金属氧化物，金属氧化物 Cu 与 O二者原子百分比为 2:1，同时出现不等量扩散微小孔洞、微小裂纹[8]。3.3.2 导热性能方面的影响金属复合铸件形成后对其进行导热测试，测试结果显示：金属基体的体积分数超过 65%，足以说明，金属复合铸件导热性达到了预期效果。导热性增强后，意味着铸件能够在短时间内快速传递热量，并快速散热，对于电子器件制作活动来说，能够通过运用此类材料处理静电问题，并且器件稳定性和安全性能够得到保证。从另一个角度来说，铸造工艺用于金属复合材料的制备，能够提升铸件热导率，使其具备热量快速聚集、快速消散的功能，这无形当中能够为集成电路设计工作提供支持，进而扩大产品市场销量，为产品应用行业带来注入新的活力。如今，铜基复合材料、超高模量石墨纤维材料导热率远远高于纯金属基体。3.3.3 耐磨性方面的影响实验过后，针对两类材料进行同时间、同力度的磨损，对比可知，高锰钢材料磨损损失重量大于钢材料磨损损失重量，即钢材料耐磨性能优于高锰钢材料。分析原因可知，钢材料受损表现有两种，即挤出式和浅层剥落式，再加上钢材料具有较强抵御冲击能力，因此，钢材料剥落量少于高锰钢材料。简言之，金属复合材料耐磨性较强，这在一定程度上能够扩大金属复合材料使用范围。3.3.4 比强度及比模量方面的影响对比实验钢和基体合金的比强度和比模量，实验钢明显占优势，这也是航空航天领域应用金属复合材料的主要原因。因为金属基体内增加了适量增强剂，高性能连续纤维在其中发挥助力作用，金属复合材料在增强物载体作用方晓辉：铸造工艺对金属复合材料综合性能的影响研究2020年4月（上）/ 总第258期39下，材料质地较强、刚性良好、强度较高。例如，碳纤维密度仅为 1.80g/cm3，但其强度超过 6850MPa，硼纤维密度在 2.3~3.5g/cm3之间，强度值在 2850~4450MPa 之间，向其添加增强物后，比强度和比模量大幅增加。3.3.5 力学性能方面的影响实验结束后，针对实验材料进行力学性能测试，通过观察高碳钢冲击断口形状、深韧度来衡量力学性能，断口花纹较分散，并且形状以圆形、椭圆形为主，足以判定其力学性能良好。通过对材料进行不同退火温度调整，对 AgCuNiCe 复合材料与 TU1 基体材料进行 90°弯曲试验，记录断裂时弯曲的次数。未退火的材料仅 24 次便出现断裂，其原因系 AgCuNiCe/TU1 双金属复合材料复合之后，基体和复层内部仍旧存在较大残余应力，因此韧性有所降低。当退火温度上升至 400°C~600℃，弯曲次数显著增加，当退火温度提升至 600℃,AgCuNiCe/TU1 双金属复合材料 90℃弯曲次数最多达到 73 次，充分论证当金属材料经过退火处理之后，会逐渐消除材料加工硬化，复合材料的韧性、基体以及复层结合强度会显著提升。当继续提升退火温度至 750℃，弯曲次数下降至 36 次材料断裂，仅轻微高于退火处理的弯曲次数，造成这一现象原因系在室温下对 AgCuNiCe/TU1 双金属复合材料轧制复合制造阶段，AgCuNiCecautio 复层材料、TU1 基体材料需要依靠金属表面凹凸不平来相互嵌入形成机械啮合，或是接触点塑性流变最终形成不同金属材料物理结合。在退火处理期间，微观组织发生变化会形成冶金结合，结合性能有所提升，然而一旦退火处理温度过高，界面空洞以及氧化物的产生，会降低结合性能。3.3.6 膨胀性能与抗拉强度正常来讲，金属复合材料弹性模量高于纯金基体弹性模量，使得复合金属材料线膨胀系数不同程度的降低。由于工况需求各异，因此，适量添加增强物，以期提高金属复合材料强度，以便更好的满足生产需要。将镁基复合材料适量添加到石墨纤维中，当石墨纤维含量达到 48%false 时，镁基复合材料的线膨胀系数为 0，无论外界温度如何变化，材料形状保持不变。由此可见，利用金属复合材料膨胀性能落实来制作人造卫星构件具有可行性。影响金属复合材料抗拉强度主要因素为退火工艺热处理。试验阶段围绕 AgCuNiCe/TU1 双金属复合材料进行不同退火状态下拉伸性能测试。测试之下，发现 AgCuNiCe/TU1 双金属复合材料在未经过退火热处理之前，抗拉强度数值为 394MPa，400℃退火热处理后，抗拉强度明显下降，这一现象其一是随退火处理温度逐渐提升，材料加工硬化效果有所下降，并逐渐消除残余应力，材料拉深强度不断下降。其二为因为 Ag、Cu 元素过度扩散，亦会导致界面附近出现 Kirkendall 空洞，破坏金属材料有效结合，降低止裂性能，破坏材料抗拉强度[9]。3.4 金属复合材料的发展随着铸造工艺的不断完善，金属复合材料综合性能逐渐显现，这有利于扩大复合材料应用范围，能为应用行业发展提供优质复合材料。目前，我国高度重视金属复合材料的发展，通过创新铸造工艺、研发新型材料、引进先进技术等措施来提高复合材料市场销量，进而拓展金属复合材料发展空间[10]。从长远角度来看，金属复合材料在原有复合工艺的基础上发展而来，要想更好迎合时代发展需求，应深入研究复合工艺，尤其是铸造工艺，通过机理性分析、工业试验、性能检测来实现批量化生产目的。换言之，金属复合材料发展前景十分良好，无论是业内人士，还是复合材料使用者，都应加入复合材料研发活动，通过意见反馈来改进金属复合材料研发方案，最终提高金属复合材料利用率。总 结综上所述，金属复合材料种类日益丰富，且综合性能逐渐完善，通过分析铸造工艺影响金属复合材料综合性能的表现，来探究日后金属复合材料发展方向，以此扩大复合材料应用范围。新形势下，大力研发复合铸造工艺，这对铸造工艺实践水平提高、金属复合材料经济价值体现有促进意义。因此，我国应大力培养创新型、技术型人才，以便为金属复合材料性能优势彰显和有效推广提供可靠的人才支持。参考文献[1] 张晓辉 , 王强 . 电子封装用金属基复合材料的研究现状 [J].微纳电子技术 ,2018,55(01):18.[2] 刘轩彤 , 沈建芳 , 褚瑾 . 双金属复合铸造工艺在压缩机机架开发中的应用 [J]. 装备机械 ,2017,12(3):9.[3] 龙锦中 , 梁艳娟 , 马俊 , 等 .A356 合金铸造工艺及组织与性能研究 [J]. 铸造技术 ,2018(7):15.[4] 张宇 , 张书豪 , 马国强 , 等 . 一种高强 Al-Mg-Si-Cu 铝合金铸造工艺研究 [J]. 有色金属加工 ,2019,48(01):34.[5] 王晓进 .102 合金铸造工艺及性能影响因素 [J]. 中国金属通报 ,2019，12(9):85.[6] 张劲永 , 赵建华 . 双金属复合铸造工艺 [C].2018 重庆市铸造年会论文集 .2018.[7] 王永飞 , 赵升吨 , 张晨阳 . 双金属复合管成形工艺研究现状及发展 [J]. 锻压装备与制造技术 ,2015,50(03):84.[8] 陈建雄 .ER110S-G 焊丝前处理退火工艺对焊缝金属气孔的作用 [J]. 焊接技术 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