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1、Kelvin lattice structures fabricated by laser powder bed fusion: Design, preparation, and mechanical performance

激光粉末床熔融制备的Kelvin点阵结构：设计、制备和力学性能

Yan-peng Wei, Huai-qian Li, Ying-chun Ma, Zhi-quan Miao, Bo Yu, and Feng Lin

魏彦鹏，李怀乾，马英纯，苗治全，于波，林峰（中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司）

引用格式：Wei Y P, Li H Q, Ma Y C, et al. Kelvin lattice structures fabricated by laser powder bed fusion: Design, preparation, and mechanical performance. China Foundry, 2025, 22(2): 117-127. https://doi.org/10.1007/s41230-025-5007-z.

摘 要：金属点阵结构作为先进结构材料之一，具有卓越的性能和轻量化潜力。随着增材制造技术的快速发展，金属点阵结构引起了越来越多的研究兴趣。然而，大多数金属点阵结构通常表现出各向异性特性，这限制了它们的应用范围。此外，目前仅有少量的研究用于描述增材制造金属点阵结构所表现出的力学响应模型。在本研究中，使用激光粉末床熔融（LPBF）技术系统地设计和制造了具有不同孔隙率的Kelvin点阵结构。采用将有限元仿真与实验验证相结合的方式，通过修改 Gibson-Ashby 模型开发了精确的力学模型，提供了孔隙率和力学性能之间准确的定量关系描述。结果表明，修正后的力学模型能够精准描述Kelvin金属点阵结构的几何参数与性能之间的关系。同时，本研究设计的Kelvin点阵结构表现出平滑的应力-应变曲线和明显的屈服平台，在三个空间方向上表现出各向同性的力学性能，极大提升了金属点阵结构应对复杂工况的适用性。同时，通过CT技术分析了Kelvin点阵结构的微观缺陷和制造精度。结果表明，所制备的金属点阵结构实现了精确的尺寸控制和最优的致密度。总体来说，本研究介绍了Kelvin点阵结构设计制备所涉及的完整过程，包括其概念化模型、制造、实施以及最终的处理。

2、High-temperature strength of gel casting silica-based ceramic core

凝胶注模氧化硅基陶瓷型芯的高温强度

Hai-tian Zhang, Yan Liu, Cheng-dong Wang, Zhong-liang Lu, Kai Miao, Sai Li, Yu Han, and Di-chen Li

张海天，刘岩，王程冬，鲁中良，苗恺，李赛，韩宇，李涤尘（西安交通大学）

引用格式：Zhang H T, Liu Y, Wang C D, et al. High-temperature strength of gel casting silica-based ceramic core. China Foundry, 2025, 22(2): 128-138. https://doi.org/10.1007/s41230-025-3086-5.

摘 要：针对空心涡轮叶片一体化铸型的硅基陶瓷型芯在定向凝固过程中的断裂问题，对比了不同晶须（碳化硅晶须、氮化硅晶须和莫来石晶须）对硅基陶瓷型芯高温强度的影响。此外，还分析了显微组织形貌和相结构的形成。研究结果表明，碳化硅晶须可以减少方石英收缩引起的微裂纹。在烧结过程中，部分碳化硅晶须氧化并与铝粉反应生成莫来石，可以提高陶瓷芯的高温强度。当碳化硅晶须的含量为3wt.%时，型芯的高温弯曲强度达到最大值21 MPa。氮化硅晶须会在高温环境下分解，与基体材料中的铝粉反应形成莫来石晶须。当氮化硅晶须的含量为5wt.%时，型芯的高温弯曲强度达到20 MPa。通过添加莫来石晶须可以形成方石英包裹的莫来石晶须结构，实现增韧效果。当莫来石晶须含量为4wt.%时，型芯的高温弯曲强度可达17.2 MPa。通过比较碳化硅晶须、氮化硅晶须和莫来石晶须的效果，并进行了浆料粘度测试和铸造实验，确定莫来石晶须含量为4wt.%的陶瓷浆料最适用于空心涡轮叶片一体化铸型的陶瓷型芯制造。

3、Temperature fields prediction for the casting process by a conditional diffusion model

基于条件扩散模型的铸造过程温度场预测

Jin-wu Kang, Jing-xi Zhu, and Qi-chao Zhao

康进武，朱景熙，赵起超（清华大学）

引用格式：Kang J W, Zhu J X, and Zhao Q C. Temperature fields prediction for the casting process by a conditional diffusion model. China Foundry, 2025, 22(2): 139-150. https://doi.org/10.1007/s41230-024-4016-7.

摘 要：深度学习在图像识别、分割、语义识别和博弈论方面取得了巨大进展。本研究采用最新的深度学习模型——条件扩散模型作为替代模型来替代数值模拟预测铸造过程中的传热。以几何形状、初始温度场和ti时刻温度场为条件，以标准正态分布采样的随机噪声为输入，以ti+1时刻的温度场为输出建立并训练条件扩散模型。因此，在已知ti时刻温度场的情况下可以预测ti+1时刻的温度场，而且基于任意二维几何形状的初始温度场可以预测所有时刻的连续温度场。建立了包含302个二维形状及其不同时刻模拟温度场的训练集。单一时刻和连续时刻温度场的预测精度分别达到了97.7%和69.1%，主要的误差来源于砂型。研究了几何形状和初始温度场对预测精度的影响，前者比后者的预测效果更好，因为前者可以通过输入图像中不同颜色识别铸件、铸型和冷铁。研究证明扩散模型具有作为铸造过程数值模拟替代模型的潜力。

4、Improving wear resistance of 3D printed alumina-based ceramics via sintering temperature

通过烧结温度提高3D打印氧化铝基陶瓷的耐磨性

Jing-wen Sun, He Li, Yun-song Mu, Bao-xia Mu, Yan-hua Chen, and Paolo Colombo

孙静文，李鹤，牧云松，穆保霞，陈艳华，Paolo Colombo（新疆大学）

引用格式：Sun J W, Li H, Mu Y S, et al. Improving wear resistance of 3D printed alumina-based ceramics via sintering temperature. China Foundry, 2025, 22(2): 151-162. https://doi.org/10.1007/s41230-025-3150-1.

摘 要：相对于传统的陶瓷制备方法，光固化3D打印技术（SLA）可以高效地制造具有复杂结构的陶瓷材料。烧结温度对陶瓷的性能有主要影响。本文研究3D打印陶瓷的关键烧结温度以确保其获得所需的性能。结果表明，所有样品在实验设置的烧结温度下均表现出一致的层状结构。当烧结温度从1,250 °C升高至1,350 °C时，晶粒形态由球形变为板状。表面形貌分析显示，当烧结温度高于1,350 °C时，温度越高陶瓷表面粗糙度越低。力学测试表明，随着烧结温度的升高，弯曲强度和刚度得到了提升。摩擦和磨损实验表明，随着烧结温度从1,450 °C升高到1,550 °C，陶瓷表面的磨损形貌从深坑转变为浅槽。烧结温度的升高有效增强了 3D打印氧化铝陶瓷的耐磨性。这一改进在扩大该陶瓷的应用领域、延长部件使用寿命、降低生产成本、提升性能以及促进环境保护方面均发挥了重要作用。在本研究中，陶瓷在1,600 °C烧结时达到最高强度和最佳耐磨性，从而获得最佳的整体性能。

5、Effect of Mg/Si mass ratio on microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Si cast aluminum alloy

Mg/Si质量比对Al-Mg-Si系铸造铝合金组织和力学性能影响

Jia-yan Chen, Ce Zheng, Cheng Zhu, Ying-ju Li, Tian-jiao Luo, Cui-rong Liu, Shao-qiang Xu, and Yuan-sheng Yang

陈佳衍，郑策，朱成，李应举，罗天骄，刘翠荣，徐少强，杨院生（太原科技大学）

引用格式：Chen J Y, Zheng C, Zhu C, et al. Effect of Mg/Si mass ratio on microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Si cast aluminum alloy. China Foundry, 2025, 22(2): 163-172. https://doi.org/10.1007/s41230-025-3107-4.

摘 要：采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析技术，结合Thermal-calc热力学计算软件，研究了亚快速凝固条件下不同Mg/Si质量比(2.83、1.91、1.73、1.53)对Al-Mg-Si 铸造铝合金显微组织和力学性能的影响规律和演化机制。结果表明，当Mg/Si 比由2.83 降至1.53，α-Al 晶粒的分布变得更加均匀。同时，Mg2Si 相的形貌从骨骼状变为短棒状，且长径比逐渐减小。当Mg/Si 比为1.53 时，铸态Al-Mg-Si合金具有高强度，抗拉强度（UTS）和屈服强度（YS）分别达到320.6 MPa和249.9 MPa。而当Mg/Si比为2.83时，合金表现出最高的伸长率，达到5.31%，主要归因于长骨骼状Mg2Si 相在合金中的均匀分布。相反，Mg/Si 比为1.53时，合金表现出最低的伸长率，这主要是由于短棒状Mg2Si相在合金的集中分布。

6、Effect of Hf on microstructure and creep properties of a hot corrosion resistant nickel-based single crystal superalloy

Hf对抗热腐蚀镍基单晶高温合金组织和蠕变性能的影响

Li Ma, Dong Wang, Gong Zhang, Jian Shen, and Jian Zhang

马力，王栋，张功，申健，张健（东北大学）

引用格式：Ma L, Wang D, Zhang G, et al. Effect of Hf on microstructure and creep properties of a hot corrosion resistant nickel-based single crystal superalloy. China Foundry, 2025, 22(2): 173-181. https://doi.org/10.1007/s41230-025-4120-3.

摘 要：为研究铪（Hf）元素对抗热腐蚀镍基单晶高温合金的作用，本工作通过扫描电子显微镜（SEM）、电子探针显微分析仪（EPMA）和透射电子显微镜（TEM）等表征手段揭示了Hf含量（0-0.4wt.%）对抗热腐蚀镍基单晶高温合金组织和蠕变性能的影响。结果表明，随着Hf含量的增加，合金在 980 °C /200 MPa下的蠕变断裂寿命逐渐增加。组织分析发现，Hf促进了MC碳化物形态从草书体状逐渐向棒状最后到块状的演变。添加Hf后，块状MC碳化物的体积分数增加，Cr和Mo元素的分配比升高。同时，γ/γ′界面位错间距减小。研究发现，草书体状碳化物在高温蠕变中更容易诱发局部应力集中，导致微裂纹形核和扩展。块状MC碳化物的形成机制与析出温度和晶格常数的增加密切相关，并基于蠕变试验结果分析了其对蠕变抗性的有益作用。

7、Enhanced electrochemical corrosion resistance of 316L stainless steel manufactured by ultrasonic rolling assisted laser directed energy deposition

超声滚压辅助激光直接能量沉积提升316L合金的电化学腐蚀性能

Guan Liu, Yi-gui Su, Xu-yu Pi, Dong-xu Wen, De-fu Liu, and Yong-cheng Lin

刘冠，粟意归，皮旭宇，温东旭，刘德福，蔺永诚（中南大学）

引用格式：Liu G, Su Y G, Pi X Y, et al. Enhanced electrochemical corrosion resistance of 316L stainless steel manufactured by ultrasonic rolling assisted laser directed energy deposition. China Foundry, 2025, 22(2): 182-194. https://doi.org/10.1007/s41230-024-4090-x.

摘 要：激光直接能量沉积过程快熔快凝的特性将会导致气孔和粗大晶粒的产生，最终导致沉积合金性能的降低。本工作介绍了一种原位超声滚压辅助激光直接能量沉积的方法，并深入探究了沉积合金的组织特征与抗腐蚀性能之间的关系。研究发现，原位超声滚压辅助工艺可以同时降低气孔的尺寸和含量。在超声和滚压力的耦合作用下，获得了平均晶粒尺寸为28.61 μm的全等轴晶（未施加超声滚压的式样晶粒尺寸为63.98 μm）。经过原位超声滚压辅助处理后，沉积合金的电化学腐蚀性能显著提升，这主要是由于气孔尺寸和含量的减小、细小且均匀分布的富Cr铁素体相、以及大量晶界所形成的致密且厚钝化膜。微观结构与腐蚀行为之间深入分析为提高激光直接能量沉积试样的耐腐蚀性开辟了一条新途径。

8、Effects of low frequency electromagnetic casting on solidification macrostructure of GH4742 superalloy

低频电磁铸造对GH4742高温合金凝固组织的影响

Liang Zhang, Lei Wang, Yang Liu, Xiu Song, Teng Yu, and Ran Duan

张良，王磊，刘杨，宋秀，于腾，段然（东北大学）

引用格式：Zhang L, Wang L, Liu Y, et al. Effects of low frequency electromagnetic casting on solidification macrostructure of GH4742 superalloy. China Foundry, 2025, 22(2): 195-204. https://doi.org/10.1007/s41230-025-4106-1.

摘 要：低频电磁铸造用于防止GH4742高温合金铸锭在凝固过程中产生热裂。通过实验和模拟研究了低频电磁铸造对铸锭凝固宏观组织的影响。结果表明，施加低频电磁铸造后，平均晶粒尺寸减小。同时，等轴晶比例较未施加低频电磁铸造的铸锭有所增加。此外，随着电流频率的增加，平均晶粒尺寸减小，等轴晶比例增加。当电流频率由5 Hz增加到20 Hz时，平均晶粒尺寸由5.39 mm 减小至4.74 mm，等轴晶比例由41.21%增加至55.24%。采用COMSOL Multiphysics软件模拟了熔体中洛伦兹力、熔体流场和温度场的分布。发现随着电流频率的增加，洛伦兹力增大，强制对流增强，从而促进了熔体的流动速度和传热。这将促进熔体中的异质形核，导致晶粒细化，进一步防止大尺寸铸锭的热裂。

9、Effect of iron content and heat treatment on microstructure and mechanical properties of a recycled Al-Si-Mg aluminum alloy

铁含量和热处理对再生Al-Si-Mg合金显微组织和力学性能的影响

Sha Lan, Gang Feng, Ya-jun Wang, Jin-sheng Zhang, Fu-jian Gong, Chun Wang, Jian-hua Zhao, Qing Yang, and Zhi-bai Wang

兰莎，冯刚，王亚军，张金生，龚福建，王淳，赵建华，杨琴，王志白（重庆大学）

引用格式：Lan S, Feng G, Wang Y J, et al. Effect of iron content and heat treatment on microstructure and mechanical properties of a recycled Al-Si-Mg aluminum alloy. China Foundry, 2025, 22(2): 205-214. https://doi.org/10.1007/s41230-025-4075-4.

摘 要：铁含量是影响再生铝合金显微组织和力学性能的重要参数之一。本研究旨在比较不同铁含量合金的显微组织和拉伸性能，以确定制备再生Al-Si-Mg铝合金的最佳铁含量。此外，本文研究了时效温度和时效时间对再生铝合金显微组织和力学性能的影响。随着时效温度的升高和时效时间的延长，合金的抗拉强度和屈服强度都有所提高，延伸率有所降低。当进行535 °C固溶处理5 h，随后170 °C时效处理5.5 h的热处理时，新设计的再生铝合金达到291 MPa的拉伸强度和238 MPa的屈服强度。研究结果对再生铝合金的进一步开发和应用具有重要意义。

10、Pronounced impact of size and shape effects on creep rupture life of a K439B superalloy combustion chamber casting simulator

尺寸和形状效应对 K439B 合金燃烧室机匣模拟件蠕变断裂寿命的显著影响

Wen-tong Liu, Yi-dong Wu, Lei Gao, Jing-yang Chen, Cheng-bo Xiao, and Xi-dong Hui

刘文通，吴一栋，高磊，陈晶阳，肖程波，惠希东（北京科技大学）

引用格式：Liu W T, Wu Y T, Gao L, et al. Pronounced impact of size and shape effects on creep rupture life of a K439B superalloy combustion chamber casting simulator. China Foundry, 2025, 22(2): 215-220. https://doi.org/10.1007/s41230-025-3185-3.

摘 要：零部件的尺寸和形状效应（SSE）已成为关乎其力学性能、应用可靠性以及加工工艺的关键问题。本文对 K439B 高温合金浇铸的燃烧室机匣模拟件中不同壁厚和不同位置部件的蠕变断裂寿命（CRL）进行了研究。从枝晶结构、γ' 相的体积分数和尺寸以及元素偏析等方面，探究了尺寸和形状效应的内在机理。研究表明，该铸件的蠕变断裂寿命呈现出强烈的尺寸和形状效应，其特征是随着机匣中壁厚和位置的变化，蠕变断裂寿命值存在高达 60% 的显著差异。从铸造工艺角度来看，尺寸和形状效应对蠕变断裂寿命的影响实际上是由冷却速率决定的，即源自枝晶结构（如二次枝晶臂间距）、枝晶干中 γ' 相的体积分数和尺寸以及元素偏析速率的综合作用。这项研究可能会对大型复杂结构工程部件的设计和应用提供理论指导。

11、Refinement of A356 alloy using continuous rheological extrusion Al-Ti-V-B master alloy

连续流变挤压Al-Ti-V-B中间合金对A356合金的细化研究

Hong-fei Jia, Guang-zong Zhang, Shuo Zhang, Da Teng, Qing He, Jun-wen Li, and Ren-guo Guan

贾洪飞, 张光宗, 张硕, 滕达, 何庆, 李军文, 管仁国（大连交通大学）

引用格式：Jia H J, Zhang G Z, Zhang S, et al. Refinement of A356 alloy using continuous rheological extrusion Al-Ti-V-B master alloy. China Foundry, 2025, 22(2): 220-230. https://doi.org/10.1007/s41230-025-3135-0.

摘 要：基于热力学计算与连续流变挤压（CRE）技术，设计并制备了Al-Ti-V-B中间合金。通过XRD、SEM及TEM分析了中间合金中细化相的形貌与分布。研究了中间合金添加量与保温时间对A356合金显微组织与力学性能的影响规律。在最佳中间合金添加量0.3wt.%、保温时间20 min条件下，细化A356合金的平均晶粒尺寸为151.8±9.11 μm，比原始A356合金低89.62%。铸态下，细化A356合金的抗拉强度与伸长率分别为196.11 MPa和5.75%。经T6处理后，细化A356合金的抗拉强度和伸长率分别为290.1 MPa和3.09%。断口形貌以沿晶断裂与少量穿晶断裂为主，这主要是晶粒细化带来的结果。晶粒细化促进裂纹路径偏转与局部塑性变形，增强了能量耗散，降低了脆性断裂的趋势。本研究提供了一种通过CRE Al-Ti-V-B中间合金进行晶粒细化以改善A356合金力学性能的新方法。

12、Contextual design and real-time verification for agile casting design

基于上下文与实时验证的敏捷铸造设计

Dong Xiang, Chu-hao Zhou, Xuan-pu Dong, Shu-ren Guo, Yan-song Ding, and Hua-tang Cao

向东, 周楚昊，董选普, 郭树人，丁岩松，曹华堂（华中科技大学）

引用格式：Xiang D, Zhou C H, Dong X P, et al. Contextual design and real-time verification for agile casting design. China Foundry, 2025, 22(2): 231-238. https://doi.org/10.1007/s41230-024-3173-z.

摘 要：在铸造行业，传统的工艺设计依赖于手工操作和复杂的理论计算。随着三维设计在铸造行业的出现。结合铸造工艺特性的计算机辅助设计（CAD）技术已经被采用，从而扩展了设计范畴。这些技术采用了参数化模型设计技术快速创建零件，并使用数据库访问标准工艺参数和设计规范。然而，目前三维模型通过输入或调用参数的方式进行创建，仍然需要通过大量的计算验证才能确保设计的合理性。反复的修改显著降低这一过程的速度同时带来了设计时间的增加。因此，迫切的需要实时验证机制去解决这个问题。鉴于此，本研究将上下文设计与实时验证相结合，提出了一种新的闭环模型和软件开发方法，在三维铸造工艺组件设计过程中进行动态的相关规则验证。同时，本研究结合自主研发的智能铸造工艺系统中分析了敏捷设计过程中的三种典型的闭环场景。相信本研究可以让铸造行业从缩短的设计周期中获益，从而增强产品市场的竞争力。