日本素形材杂志每年的第一期都专门介绍上一年的新技术发展，称之为"杂志上的新素形材展览"。2002年铸造方面共介绍了22种，其中有2种获得了政府及有关部门的奖赏。现简介如下：

一．利用铸铁特性制成的高音质扬声器

扬声器的构成主要有：扩声部分、电路和外壳。特别是在外壳方面，为了彻底控制其达到不振动，利用了下述三种铸铁。

◆ 高碳片状石墨铸铁。石墨含量高，且石墨片长的铸铁。
◆ 共晶石墨铸铁。用连续铸造法制造的共晶石墨铸件，从内部到外部都具有细密组织。
◆ 铸铁粉。铸件抛丸清理的废弃物。

外壳部分用铸铁制成的部件有三项：

1．安装低音喇叭用的铸铁环。
在喇叭与前板之间装高碳片状石墨铸铁环，既提高刚性又可减振。

2．铸铁制竖振子和铸铁制减振杆，在项板
上装共晶石墨铸铁棒形振子，并用减振杆固定前板、侧板和里板。

3．铸铁粉夹层板。
将铸铁粉制成片状夹在两配线板之间。 由于在以上三种构造上下了功夫，抑制了外壳的有害共振，低音喇叭振动板忠实按输入信号动作，从而使低音分辨能力达到前所未有的水平。

二．大型矩形球铁隧道结构段

采用矩形断面的框架，与圆形断面框架相比，隧道内空间可以有效利用，掘土量也可以减少。但比圆形结构段的弯矩大，因而要求有高的强度，也会有由于形状复杂而致费用高的问题。为了解决这个问题，日本京都地铁东西线上首先采用了大型矩形断面框架结构段。隧道由无中柱的连接部分（57米）和有中柱的一般部分（703米）构成。一般部分采用球铁铸造的结构段。有中柱的矩形断面结构段，中柱与框架外围接连部有很大的弯矩。据此断面力来决定整体的断面是不经济的。

因此仅在中柱的结合部用抗弯曲强度高的波形断面，其他部位用经济的四柱梁断面。经过实物的环形载荷试验，弯矩、轴向力及变形分布等实测值与分析值基本相近，证明构造是安全的。

三．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‰。

四．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。

五．与透平罩壳成一体的排气岐管。

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。

六．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。

七．降低制动噪声的高衰减制动鼓材料

近来对汽车制动噪声的要求愈来愈严，在开发高性能制动材料时，在要求改善其可信赖性和耐久性的同时，也要提高其衰减性能。首先在其化学成分的选定上要使其在衰减性、强度、耐热裂等方面都有优良性能。

材料的化学成分及力学性能

选定的化学成分如上表所示。C当量高，强度降低，因而添加少量Mn，Cr，Cu等元素补偿。另外考虑了耐热裂性和耐热性，而加了Mo及Ni。

在控制片状石墨铸铁的组织方面，石墨形状为细长的A型石墨，石墨大小均一而且多。在基体组织上为全珠光体，或者是珠光体和少量马氏体（M）或具氏体的混合组织。

这项材料的衰减率的测定结果表明，测定值是Fe250的三倍以上，从而降低了制动的噪声，在耐裂性方面，裂纹深度改善了40%左右，长度改善了15%左右。并成功地用于工业用车的制动鼓的批量生产。

八．高强度、高延性的球墨铸铁

控制球铁的基体组织，可改变其强度和伸长率，但要使两者同时满足要求则比较难。FCD700、800级高强度材料，延伸仅为2-4%。基体为贝氏体的FCAD900，是两方面都具备的材料，但切削加工困难，难以推广。如果有了强度和伸长率高、又可快速切削的球铁，就可代替锻钢，使现在的产品轻量化，又可降低成本。过去也曾借助热处理得到二相组织的球铁，但有成本方面的问题。

此处介绍的新材料是用现有生产线生产，不经过热处理，或用成本低的热处理制得的球铁（高级球铁）。以FCD450的化学成分为基础，仅添加Ni即可达到高强度，高伸长率。

新开发的合金与过去用的合金的力学性能比较

铸铁中加入少量的Ni可改善其对壁厚的敏感性，Ni是促进铁素体的元素，约在5%（质量比）以上，即出现马氏体。再增加Mn含量则析出贝氏体。Ni含量调到3%、铸态下球状石墨周围残存有铁素体，在其周围为珠光体。此时，特别是距石墨远的部分，组织变成细微的珠光体，而提高了强度，铁素体的存在可以确保适当的延性，而成为高强度、高延性，也就是由于Ni的铁素体的促进作用，Mn则促进粒界偏析而生成细微的珠光体，从而使基体复合化，是此项合金的特点。

由于冷却条件是铸态的，壁厚受到限制，抗拉强度800Mpa、伸长率10%时，冷却速度约在0.1-1.0℃/sec范围，也就是壁厚在7mm-90mm左右，很多汽车、电力机械的部件都可包括在内。

九．球状碳化物合金材料

——具有高韧性、高耐磨性的金属材料

建筑、电力、炼铁、水泥等行业使用的机械和装置，为了提高其耐久性多使用耐磨材料。此类耐磨材料的硬度愈高，耐磨性就愈好，过去多用白口铁和高铬铸铁，金属基体中有Fe—C系和Cr—C系高硬度碳化物析出。但是，提高耐磨性的碳化物非常硬，因而有其脆的负面特性。在金属基析出的碳化物也表现为网状和片状，这种材料其本质都是脆性材料，有冲击性能差的缺点。因而要开发耐磨性和韧性兼备的新材料。

铸造工程中，对Fe—C—V系列或Fe—C—V—Si系的合金组成，适当加以控制，金属的基体中析出球状细小的（3—8μm）含V碳化物，可大幅度改善以前金属基体中所见到的碳化物。改善了由于片状和网状碳化物引起的应力集中所产生的脆性。此外，含V碳化物（VC）的硬度也比原来碳化物高（威氏显微硬度计硬度约为2700），耐磨性也更好。

这种金属基体可按要求而制出。其耐磨性可以和铸态马氏体基体的高铬铸铁相当，而韧性可以高于高铬铸铁。基体组织以贝氏体为主时，铸态的冲击韧度可达到20J/CM2以上。

十．建筑结构用高强度高韧性铸钢材料

建筑结构的柱、梁结合部位，通常用焊接结构。为了减少焊接工时，缩短工期，提高机能和设计水平，接口部位多采用铸钢件。近来，对这种铸钢接口部件的性能和轻量化要求日益严格，特别是阪神地震后，不仅要求强度，也要求有好的韧性。因而研究开发了韧性强度都好的铸钢材料。

要兼有高强度和高韧性，对材质的化学成分，热处理条件都必须重新进行研讨。如表1所示，建筑件用钢的力学性能与JIS焊接结构用铸钢件标准制定值相比，不仅0.2%屈服强度和抗拉伸强度高，0℃下的夏氏冲击值也是标准规定值的三倍以上。这可能是从建筑结构的安全性着眼的。

为了保证表1中的要求性能，选定的化学成分见表2。铸件应经切割、淬火和回火。淬火时的冷却速度应不低于90℃/min。回火后取样测定力学性能。

此材料已用于超大结构的柱梁结合部铸钢件，重6.9吨的中空结构，基本壁厚为100mm。要使冷却速度为90℃/min，必须水淬。

表1 SCW620材料的力学性能的标准值和建筑用部件的要求值。

表1 SCW620材料的力学性能的标准值和建筑用部件的要求值。

十一．兼有耐磨性和耐腐蚀性的不锈钢球状碳化物材料

“延长寿命”是铸造等毛坯行业永远的课题。本公司以提高耐磨性、耐热性和耐蚀性为目标，成功地开发了一种新材料，在韧性和耐蚀性良好的不锈钢的基础上，加入了分散的含钒的碳化物。此种材料与其他加入粒子的复合材料不同，是和京都大学、京都的研究所共同研究的。钒元素与气体的亲和力强，经特殊的高速高温熔化，析出碳化物，分子间或晶界有高的结合力，从而提高了耐久性。不锈钢的耐蚀性好，但材质软，耐磨性低是其弱点。新材料以18—8不锈钢为基础，添加了多量的C和V，经过特殊的熔化处理，使含钒的碳化物球状化并均匀分布。不锈钢基体比较软，且有容让性。其中有维氏硬度高达1800-3000，粒度3-10μm的细陶瓷粒子存在。化学成分为3.0%C，8.0%Ni，18.0%C2，10%V。其力学性能比较如下

表1． 化学成分和孕育剂

注：稀土合金Fe—35%RE—33%Si Re的成分为：50%Ce—30%La—10%Nd
条件1是一般的Fc250低合金铸铁，条件2-4是复合添加了Cr、Mo、Cu的高合金铸铁。测定结果见图1和图2。使用石墨系孕育剂的条件1和条件2，孕育处理有减少白口深度的效果，高合金铸铁白口深度大，而且缸盖表面也见到了白口。孕育条件改为“RE+S”（条件3）后，白口深度减少，铸件表面也见不到白口。而且抗拉强度也超过了300Mpa。降低碳当量（CE）的条件4，白口试片上的白口深度略有增大，但在铸件上未见到白口，抗拉强度达370Mpa。

图1合金添加量及孕育剂对白口深度的影响 图2合金添加量及孕育剂对抗拉强度的影响

十四．由游离镁量控制球化率

铁水中的镁，大体上可认为有游离镁的和夹杂镁两种状态。在生产高质量球铁的现场，要明了是什么形态的，或者控制两种形态是非常重要的。要明了是什么状态的镁对球化率有什么关系，在现场如何应用是此项研究的目的。总镁量（T·Mg）在六个阶段用不同的白口铁试样作形态分析。

总镁量（T·Mg）=ICP分析
夹杂物镁量（I·Mg）=电解抽出作ICP分析
游离镁量（F·Mg）=T·Mg—I·Mg

表1 白口铁试料的化学成分（质量%）

表1表明：F·Mg量和T·Mg的增减是相关的，而I·Mg量大体上是一定的，并不随T·Mg量改变。

用PDA发光分析仪器，对氧和硫等有较强亲和力的元素容易得知其形态，和想象的F·Mg与发光强度有好的关联。能作高精度分析。F·Mg量与石墨球化率的关系，与抗拉强度的关系见图1和图2。

图1 F·Mg量与石墨球化率的关系 图2 F·Mg量与铸铁抗拉强度的关系

十五．可焊接的大型薄壁压铸件的制造技术

用压铸法熔融金属必须在凝固前短时间内充满型腔，因而在射压成型时会卷入了大量的空气，从而有碍于力学性能、热处理性和焊接性。汽车工厂，为使车体轻量化，今后将大量需求可焊的铝合金压铸技术。为此，以汽车底盘中最难作的B支柱为试验品，对高真空压铸法进行了研究。产品的平均厚度1.5mm，合金材料为自行开发的AL-Si合金，取得的成果如下：

1．薄壁成型性：在设定的真空压力下，制品的外观见不到铸造缺陷，有良好的薄壁成形性。但在型腔压力低时，有部分未充满。
2．强度特性：经T6及其他固溶处理时，不发生起泡现象，由于热处理，可使强度特性提高。破坏试验显示：即使有大的变形，也不产生裂纹。
3．焊接性：经气体保护焊试验后，焊接效果与5052材料相同，无气孔，断面良好。经YAG激光焊接，也与5052材料有大体相同的结果。
4．铆接：试验用铆钉是自行穿通的。用经T6处理的材料铆结时，未发生裂纹。对材料特性调正后，可用于自行穿通的铆钉。

十六．改善发动机性能，提高进气部件内表面精度的技术

缸盖和进气管道等是发动机的重要部件，进气通路对气流的阻力减少，就可以提高发动机性能。这些通路一般都是用砂芯形成的，其表面粗糙度有一定的界限。此项工作的目的是：开发一种能改善铝铸件内表面粗糙度而且没有偏差的简易方法。

采用的方法是将研磨材料装入工件内部，整体摇动工件，使内部表面的凹凸平滑。摇动的振动频率及摇摆幅度可以调整。用四种不同的研磨材料，以不同振动频率，不同的摇摆幅度和处理时间进行试验，结果表明钢球是最合适的研磨材料（见表）。

用进气岐管试验结果：处理前的表面粗糙度Ra7.1-18.0μm处理后达到0.9-3.6μm，外观显著平滑。

表：用各种研磨材料处理结果比较

十七．新型双面压实造型法

采用双压实造型法，可提高分型面及型箱附近的铸型强度，实现铸型强度均一化。另外，由于有同步脱模机构可以提高脱模性能，制成无飞边且加工量很小的的铸件。由于附加有可变分型机构，可扩大造型机的使用范围并使造型生产线紧凑。为了适应一些难以紧实型砂的模样和个别模样的深部，开发了组合式多触头压头的新型双面压实造型法。

由于压头是由多触头组，可对吊砂部位或模样间的铸型强度实施控制，但对特殊形状的模样，其局部的铸型强度就难以控制了。为此，使组合式的触头可以个别控制。对需要提高铸型强度部位，压头组合成凸起形状，以提高目标部位的强度。（见图1）。此前的双压实法，A尺寸的高度变化的反应差，不能确保铸型的强度，（见图2）。此前的双压实法是从铸型的背面压实和从模样面压实。从铸型背面压实，用组合式多触头压头，事先设定凸形状进行压实。新开发的双面压实造型法，铸型背面的压实用组合式多触头压头，先以平面状态进行压实，然后再对目标部分用多触头组合成凸起状态进行压实。这样双面压实，如图2的先行压实法那样，组合压头的凸起部位的高度即使小些也可确保铸型强度，并可控制局部的铸型强度。

采用先行压实的新双面实造型法，由于可控制局部铸型强度，使铸型强度均一。可防止由于铸型强度不均一而引起的漏箱和充填性不好而引起的铸件表面缺陷。从而提高了湿型铸件的尺寸精度和外观精度。

图1 压实状态和铸型强度测定部位 图2 组合压头凸起高度和铸型强度关系

十八．提高表面稳定性的湿型砂润滑剂

为了得到稳定的铸型表面，过去常在湿型砂加入各种添加剂，但都有使 水分高的倾向。由于添加剂的高水分化，造型后由于铸型表面干燥而产生砂眼，小裂纹等缺陷。为了提高铸型稳定性，降低湿型砂中水分为目的而研究开发了新的添加剂。并进行了混砂试验和冲击试验。

试验用的湿型砂的配比：澳大利亚砂100，混合膨润土8，2淀粉1．在此基础上分别添加湿润剂（甲基纤维素和聚丙烯酸钠）0.002、0.005、0.008，对其可紧实型，水分及 （表面安定度）进行了测定（见图1）无论可紧实型为何值，水分都低于基准砂，表面安定度上升了5-7%。极微量的添加剂使砂的特性有显著提高。

湿型砂GSM冲击试验结果如图2，由于添加了湿润剂在破坏率50%时锤重量大，耐冲击性比基准砂高。