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鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝,已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700~前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期,工藝上已達到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將固態(tài)金屬熔化為液態(tài)倒入特定形狀的鑄型,待其凝固成形的加工方式。被鑄金屬有:銅、鐵、鋁、錫、鉛等,普通鑄型的材料是原砂、黏土、水玻璃、樹脂及其他輔助材料。特種鑄造的鑄型包括:熔模鑄造、消失模鑄造、金屬型鑄造、陶瓷型鑄造等。(原砂包括:石英砂、鎂砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖石砂、蘭晶石砂、石墨砂、鐵砂等)

早期

中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎,戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤,西漢的透光鏡,都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。 早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具,藝術(shù)色彩濃厚。那時的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的,受陶器的影響很大。

發(fā)展

中國在公元前513年,鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件-晉國鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn),擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15~17世紀(jì),德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后,蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起,鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期,鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。

近代

進入20世紀(jì),鑄造的發(fā)展速度很快,其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步 ,要求鑄件各種機械物理性能更好,同時仍具有良好的機械加工性能;另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展,給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展,保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定,并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件;電子顯微鏡等的發(fā)明,幫助人們深入到金屬的微觀世界,探查金屬結(jié)晶的奧秘,研究金屬凝固的理論,指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。

鑄造定義

(GB/T5611-1998)

鑄造-熔煉金屬,制造鑄型,并將熔融金屬澆入鑄型,凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法

鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里,經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形,而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間.鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。

鑄造分類

主要有砂型鑄造和特種鑄造2大類。

1、普通砂型鑄造,利用砂作為鑄模材料,又稱砂鑄,翻砂,包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類,但并非所有砂均可用以鑄造。好處是成本較低,因為鑄模所使用的沙可重復(fù)使用;缺點是鑄模制作耗時,鑄模本身不能被重復(fù)使用,須破壞后才能取得成品。

1.1 砂型(芯)鑄造方法:濕型砂型、樹脂自硬砂型、水玻璃砂型、干型和表干型、實型鑄造、負(fù)壓造型。

1.2 砂芯制造方法:是根據(jù)砂芯尺寸、形狀、生產(chǎn)批量及具體生產(chǎn)條件進行選擇的。在生產(chǎn)中,從總體上可分為手工制芯和機器制芯。

2、特種鑄造,按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造(如熔模鑄造、泥型鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等)和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造(如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等)兩類。

2.1 金屬模鑄造法

利用熔點較原料高的金屬制作鑄模。其中細(xì)分為重力鑄造法、低壓鑄造法和高壓鑄造法。

受制于鑄模的熔點,可被鑄造的金屬也有所限制。

2.2 脫蠟鑄造法

這方法可以為外膜鑄造法和固體鑄造法。

先以蠟復(fù)制所需要鑄造的物件,然后浸入含陶瓷(或硅溶膠[1] )的池中并待乾,使以蠟制的復(fù)制品覆上一層陶瓷外膜,一直重復(fù)步驟直到外膜足以支持鑄造過程(約1/4寸到1/8寸),然后熔解模中的蠟,并抽離鑄模。其后鑄模需要多次加以高溫,增強硬度后方可用以鑄造。

此方法具有良好的準(zhǔn)確性,更可用作高熔點金屬(如鈦)的鑄造。但由于陶瓷價格頗高,而且制作需要多次加熱和復(fù)雜,故成本頗為昂貴

成型工藝

1、重力澆鑄:砂鑄,硬模鑄造。依靠金屬自身重力將熔融金屬液澆入型腔。

2、壓力鑄造:低壓澆鑄,高壓鑄造。依靠額外增加的壓力將熔融金屬液瞬間壓入鑄造型腔。

鑄造工藝通常包括

①鑄型(使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器)準(zhǔn)備,鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等,按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型,鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素;

②鑄造金屬的熔化與澆注,鑄造金屬(鑄造合金)主要有各類鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色金屬及合金;

③鑄件處理和檢驗,鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。

鑄造工藝可分為三個基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。 鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素為主要成分,并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金,習(xí)慣上稱為鑄造合金,主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。

金屬熔煉不僅僅是單純的熔化,還包括冶煉過程,使?jié)策M鑄型的金屬,在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此,在熔煉過程中要進行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試,液態(tài)金屬在達到各項規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時,為了達到更高要求,金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理,如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。

優(yōu)點:

1、可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件,尤其是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯;

2、適應(yīng)性廣,工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造,幾克到幾百噸;

3、原材料來源廣,價格低廉,如廢鋼、廢件、切屑等;

4、鑄件的形狀尺寸與零件非常接近,減少了切削量,屬于無切削加工;

5、應(yīng)用廣泛,農(nóng)業(yè)機械中40%~70%、機床中70%~80%的重量都是鑄件。

缺點:

1、機械性能不如鍛件,如組織粗大,缺陷多等;

2、砂型鑄造中,單件、小批量生產(chǎn),工人勞動強度大;

3、鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定,工序多,影響因素復(fù)雜,易產(chǎn)生許多缺陷。

鑄造的缺陷對鑄件質(zhì)量有著重要的影響,因此,為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎(chǔ),應(yīng)從鑄件的質(zhì)量入手,并結(jié)合鑄件主要缺陷的形成與防治。

鑄造熱是由于吸入在熔煉銅時產(chǎn)生的高分散度的氧化鋅煙霧所引起的一種急性發(fā)熱反應(yīng)。有人報道鉛、錫、銻、鎳等的金屬氧化物煙霧亦可引起此癥。防止金屬煙霧的逸散,是預(yù)防鑄造熱的根本辦法。在熔煉、澆鑄等操作時要加強密閉化,安裝局部排風(fēng)除塵設(shè)備,回收氧化鋅。加強全面通風(fēng)、戴防煙霧口罩可作為輔助性措施。

隨著科技的進步與鑄造業(yè)的蓬勃發(fā)展,不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)容。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例,鑄型準(zhǔn)備包括造型材料準(zhǔn)備和造型、造芯兩大項工作。砂型鑄造中用來造型、造芯的各種原材料,如鑄造原砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料,以及由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱為造型材料,造型材料準(zhǔn)備的任務(wù)是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì),選擇合適的原砂、粘結(jié)劑和輔料,然后按一定的比例把它們混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式混砂機、逆流式混砂機和連續(xù)式混砂機。后者是專為混合化學(xué)自硬砂設(shè)計的,連續(xù)混合,混砂速度快。

造型、造芯是根據(jù)鑄造工藝要求,在確定好造型方法,準(zhǔn)備好造型材料的基礎(chǔ)上進行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果,主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車間里,造型、造芯都實現(xiàn)了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造型機、氣沖造型機、無箱射壓造型機、冷芯盒制芯機和熱芯盒制芯機、覆膜砂制芯機等。

鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后,帶有有澆口、冒口、金屬毛刺、披縫,砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子,因此必須經(jīng)過清理工序。進行這種工作的設(shè)備有磨光機、拋丸機、澆冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序,所以在選擇造型方法時 ,應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求,還要經(jīng)鑄件后處理,如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。

鑄造工藝可分為三個基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素為主要成分,并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金,習(xí)慣上稱為鑄造合金,主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。

鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后,有澆口、冒口及金屬毛刺披縫,砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子,因此必須經(jīng)過清理工序。進行這種工作的設(shè)備有拋丸機、澆口冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序,所以在選擇造型方法時,應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求,還要經(jīng)鑄件后處理,如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。

鑄造是比較經(jīng)濟的毛坯成形方法,對于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟性。如汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋,船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件,如燃汽輪機的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。

另外,鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬,金屬種類幾乎不受限制;零件在具有一般機械性能的同時,還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能,是其他金屬成形方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機器制造業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件,在數(shù)量和噸位上迄今仍是最多的。

鑄造生產(chǎn)經(jīng)常要用的材料有各種金屬、焦炭、木材、塑料、氣體和液體燃料、造型材料等。所需設(shè)備有冶煉金屬用的各種爐子,有混砂用的各種混砂機,有造型造芯用的各種造型機、造芯機,有清理鑄件用的落砂機、拋丸機等。還有供特種鑄造用的機器和設(shè)備以及許多運輸和物料處理的設(shè)備。

鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點,主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染,比起其他機械制造工藝來更為嚴(yán)重,需要采取措施進行控制。

鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能,更高的精度,更少的余量和更光潔的表面。此外,節(jié)能的要求和社會對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求,新的鑄造合金將得到開發(fā),冶煉新工藝和新設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。

鑄造生產(chǎn)的機械化自動化程度在不斷提高的同時,將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展,以擴大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會得到優(yōu)先發(fā)展,少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各道工序的檢測和無損探傷、應(yīng)力測定方面,將有新的發(fā)展。

鑄造是比較經(jīng)濟的毛坯成形方法,對于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟性。如汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋,船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件 ,如燃汽輪機的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。

對于鑄造工程師以及機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師而言,熱處理是一項非常有意義,而具甚高價值用以改進材料品質(zhì)的方法,借熱處理可以改變或影響鑄鐵的組織及性質(zhì),同時可以獲得更高的強度、硬度,而改善其磨耗抵抗能力等等。

由于目的不同,熱處理的種類非常多,基本主要可分成兩大類,第一類是組織構(gòu)造不會經(jīng)由熱處理而發(fā)生變化或者也不應(yīng)該發(fā)生改變的,第二則是基本的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化者。第一熱處理程序,主要用于消除內(nèi)應(yīng)力,而此內(nèi)應(yīng)力系在鑄造過程中由于冷卻狀況及條件不同而引起。組織、強度及其他機械性質(zhì)等,不因熱處理而發(fā)生明顯變化。

對于第二類熱處理而言,基地組織發(fā)生了明顯的改變,可大致分為五類:

1、軟化退火:其目的主要在于分解碳化物,將其硬度降低,而提高加工性能,對于球墨鑄鐵而言,其目的在于獲得更多的鐵素體組織。

2、正火處理:主要目的是獲得珠光體和索氏體組織提高鑄件的機械性能。

3、淬火:主要為了獲得更高的硬度或磨耗強度,同時的到甚高的表面耐磨特性。

4、表面硬化處理:主要為獲得表面硬化層,同時得到甚高的表面耐磨特性。

5、析出硬化處理:主要是為獲得高強度而伸長率并不因而發(fā)生激烈的改變。

6、表面鑄造的缺陷處理:可有時我們的缺陷沒有很多,就不必要投入較大的成本,我們用一些修補劑就可以修補好的,方便簡單,例如鐵質(zhì)材料的,我們可以用(勁素成)JS902修補一下就可以了,用不完可以放到以后再用,這樣可以為我們的廠家節(jié)省成本,讓我們的鑄造廠家把更多的資金投入到提高產(chǎn)品本身質(zhì)量上,讓使用者創(chuàng)造更多的財富。

行業(yè)趨勢

鑄造業(yè)的發(fā)展,鑄造是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一,因此鑄造業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個國家的生產(chǎn)實力。據(jù)2008年統(tǒng)計,我國年產(chǎn)鑄件3350萬噸,是世界鑄造第一大國。隨著我國鑄造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,國內(nèi)鑄造產(chǎn)業(yè)將打造"四有"創(chuàng)新企業(yè),即有創(chuàng)新思想、創(chuàng)新計劃、創(chuàng)新的制度和體系以及創(chuàng)新的工作方式。而在轉(zhuǎn)型升級方面,則要打造具有六大特征的新型企業(yè):一,制造前端市場研發(fā)和后端服務(wù)變大,制造環(huán)節(jié)縮小的業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新的企業(yè)。二,從賣商品轉(zhuǎn)變到賣方案,提供完整解決方案的企業(yè)。三,以智能和集成為標(biāo)志的數(shù)字化企業(yè)。四,三五年翻一番的速度型企業(yè)。五,先進科技、綠色制造、持續(xù)創(chuàng)新的企業(yè)。六,打造高端產(chǎn)品、精品,引導(dǎo)消費、品牌制勝的企業(yè)。這樣的產(chǎn)業(yè)革新,相信我國鑄造業(yè)未來將更加輝煌,美好的未來,我們拭目以待。

"八五"期間鑄造機械制造受到了原機電部高度重視,投入了建國以來最大的一次專項技改貸款和攻關(guān)費用,扶持了鑄造機械行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)和發(fā)展。"大型拋丸清理機的制造","垂直分型無箱射壓造型機","水玻璃砂舊砂再生設(shè)備的研制","金屬型鑄造設(shè)備"等等相繼被開發(fā)應(yīng)用。

"九五"期間,鑄造機械行業(yè)承擔(dān)并樹立完成了"轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術(shù)與裝備"的任務(wù),"缸體高效連續(xù)拋丸清理線的開發(fā)與研制"也取得圓滿成功,1999年完成了國家攻關(guān)高水平的氣沖造型線項目的成功。

"十五"期間,鑄造機械行業(yè)主要經(jīng)濟指標(biāo)的年均增長都在30%以上,高于機床工具全行業(yè)平均增長水平,特別是利潤增長更快,年均利潤增長高達46%,同時也保持較高的市場銷售水平。另外,樹脂砂造型成套設(shè)備,基本可以滿足國內(nèi)市場需求,改變了過去主要依賴進口的局面;已經(jīng)能夠生產(chǎn)出較高水平的鑄造自動生產(chǎn)線,達到可部分替代進口的水平,部分的解決了轎車發(fā)動機缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進口的情況;高水平自動制芯機、自動鑄件清理機、自動砂處理機、大型自動壓鑄機以及精密鑄造設(shè)備等鑄造機械,國內(nèi)基本上都能生產(chǎn)制造。應(yīng)當(dāng)說"十五"期間鑄造機械行業(yè)的產(chǎn)品水平有了很大提高,為中國鑄造機械行業(yè)今后的進一步發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

"十一五"期間,裝備制造業(yè)在國際、國內(nèi)巨大市場需求的刺激下,鑄造仍將繼續(xù)保持較高速度增長。由于鑄造機械產(chǎn)品的技術(shù)水平仍然與市場需求差距較大,使行業(yè)的發(fā)展存在巨大的發(fā)展?jié)摿�和擴展空間,為鑄造機械行業(yè)的快速增長帶來機遇。

"十二五"期間,鑄造行業(yè)力爭在國際上變強而不是單一的依靠產(chǎn)量。同時將綠色鑄造作為發(fā)展的重點,以低碳環(huán)保為鑄造業(yè)的發(fā)展宗旨。而電子商務(wù)的普及也將傳統(tǒng)的鑄造業(yè)融入到了互聯(lián)網(wǎng)的世界,國際鑄業(yè)網(wǎng)的成功也標(biāo)志著國內(nèi)鑄造業(yè)開始翻開了新的一頁。

"十二五"末,大型核電、火電、水電、風(fēng)電等高效清潔發(fā)電設(shè)備和鋼鐵、石化、船舶、軌道交通、機床、航空航天、汽車等產(chǎn)業(yè)將提供大型鑄件和高端關(guān)鍵鑄件及各類功能鑄件,鑄造行業(yè)將達到世界先進水平。

根據(jù)我國共同富裕的總目標(biāo),最終要縮小東西差距,我國將實施東部來帶動西部發(fā)展的戰(zhàn)略,這個戰(zhàn)略對我國的鑄造行業(yè)同樣適用。我國東部地區(qū)的鑄造業(yè),因為自身的區(qū)位優(yōu)勢和國家政策的扶持,發(fā)展態(tài)勢良好,發(fā)展水平大大高于西部地區(qū)的鑄造業(yè)。

為落實我國的西部大開發(fā)戰(zhàn)略,促進西部經(jīng)濟發(fā)展,我們要促進西部鑄造等基礎(chǔ)行業(yè)發(fā)展,以為西部經(jīng)濟的騰飛夯實基礎(chǔ)。這就要求我國東部地區(qū)的鑄造業(yè),以其較為先進的技術(shù)優(yōu)勢,較為雄厚的資金優(yōu)勢、管理優(yōu)勢,帶動西部鑄造業(yè)發(fā)展,從而達到共同繁榮的總目標(biāo)。

要解決鑄造產(chǎn)業(yè)中惡性競爭的問題,首先要解決這些鑄造廠的生存問題。推動我國的鑄造產(chǎn)業(yè)升級,需發(fā)展高端鑄造,發(fā)展高端鑄造可改變我國鑄造產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu),減少中低端鑄造廠的數(shù)量,減小低端鑄造產(chǎn)品市場的競爭壓力,從而使中低端鑄造市場逐步恢復(fù)到有序狀態(tài),一舉解決惡性競爭的問題。

我國鑄造業(yè)的專業(yè)化生產(chǎn)已初具規(guī)模。如今已經(jīng)形成了一批頗具特色的專業(yè)化鑄造生產(chǎn)企業(yè)。這些企業(yè)主要包括:高緊實度造型+先進制芯+雙聯(lián)熔煉的發(fā)動機鑄件鑄造企業(yè);大批量機械化生產(chǎn)的剎車轂、制動盤、排氣管等汽車鑄件廠;樹脂自硬砂為主體的機床、箱體、風(fēng)電等大型鑄件生產(chǎn)廠;V法工藝為主體的鑄造廠和消失模鑄造廠;金屬型或金屬型覆砂為主的曲軸、磨球生產(chǎn)廠;硅溶膠或硅酸乙脂為粘結(jié)劑的高檔熔模精密鑄造廠;水玻璃為粘結(jié)劑的普通鋼件精鑄廠;離心球鐵鑄管廠和離心灰鐵鑄管廠;有色合金砂鑄壓(高/低/差)鑄廠等等。

發(fā)展趨勢

從歷史悠久的鑄造技術(shù)發(fā)展到今天的現(xiàn)代鑄造技術(shù)或液態(tài)凝固成形技術(shù)這不僅與金屬與合金的結(jié)晶與凝固理論研究的深入和發(fā)展、各種凝固技術(shù)的不斷的出現(xiàn)和提高、計算機技術(shù)的應(yīng)用等有關(guān) , 而且還與化學(xué)工業(yè)、機械制造業(yè)、制造方法和技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。

一、凝固理論的發(fā)展 結(jié)晶與凝固是鑄件形成過程的核心 , 它決定著鑄件的組織和缺陷的形成 , 也決定了鑄件的性能和質(zhì)量 。 近 30 年來 ,借助于物理化學(xué)、金屬學(xué)、非平衡態(tài)熱力學(xué)與動力學(xué)、高等數(shù)學(xué)和計算數(shù)學(xué) , 從傳熱、傳質(zhì)和固液界面幾個方面進行 研究 ,使金屬凝固理論有了很大的發(fā)展 , 這不僅使人們對許多條件下的凝固過程 和組織特征有了深入的認(rèn)識 ,而且促使了許多凝固技術(shù)和液態(tài)凝固成形方法的提出、發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用。例如凝固理論已建立了鑄件冷卻速度和品粒度以及晶粒度與鑄件力學(xué)性能之間的一些函數(shù)關(guān)系 , 從而為控制鑄造工藝參數(shù)和鑄件力學(xué)性能 提供了依據(jù)。

二、凝固技術(shù)的發(fā)展 控制凝固過程是開發(fā)新型材料和提高鑄件質(zhì)量的重要途徑。 順序凝固技術(shù)、快速凝固技術(shù)、復(fù)合材料的獲得、半固態(tài)金屬鑄造成形技術(shù)等等就是集中的代表。

1、順序凝固技術(shù) 所謂的順序凝固技術(shù) ,是使液態(tài)金屬的熱量沿一定向排出 , 或通過對液態(tài)金屬施行某方向的快速凝固 , 從而使晶粒的生長( 凝固 )向著一定的方向進行 , 最終獲得具有單方向晶粒組織或單晶組織的鑄件的一種工藝方法。由于冷卻及控制技術(shù)的不斷進步,使熱量排出的強度及方向性不斷提高 , 從而使固液界面前沿液相中的溫度梯度增大 , 這不僅使晶粒生長的方向性提高 ,而且組織更細(xì)長、挺直、并延長了定向區(qū) . 順序凝固技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鑄造 高溫合金燃?xì)廨啓C葉片的生產(chǎn)中 , 由于沿定向生長的組織的力學(xué)性能優(yōu)異, 使葉 片工作溫度大幅度提高 , 從而使航空發(fā)動機性能提高。 順序凝固技術(shù)的最新進展 是制取單晶體鑄件 , 如單晶渦輪葉片 ,它比一般順序凝固柱狀晶葉片具有更高的 工作溫度 , 抗熱疲勞強度、抗蠕變強度和耐腐蝕性能。采用這種高溫合金單晶葉片 的航空發(fā)動機 ,有效地增加了航空發(fā)動機的推力和效率 , 使其性能大幅度提高。

2、快速凝固技術(shù)即在比常規(guī)工藝條件下的冷卻速度 ( 10-4 - 10K/S) 快得多的冷卻條件 (103 - 109 K/S) 下 ,使液態(tài)合金轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的工藝方法。它使合金 材料具有優(yōu)異的組織和性能 , 如很細(xì)的晶粒 ( 通常 <0.1-0.01 um>甚至納米級的晶粒 ) , 合金元偏析缺陷和高分散度的超細(xì)析出相 , 材料的高強度、高韌性等。 快速凝固技術(shù)可使液態(tài)金屬脫開常規(guī)的結(jié)晶過程 (形核和生長) , 直接形成非晶結(jié)構(gòu)的固體材料 , 即所謂的金屬玻璃。此類非晶態(tài)合金為遠(yuǎn)程無序結(jié)構(gòu) ,具有特殊的電學(xué)性能、磁學(xué)性能、電化學(xué)性能和力學(xué)性能 ,己得到廣泛的應(yīng)用。如用作控制變壓器鐵心材料、計算機磁頭及外圍設(shè)備中零件的材料、纖焊材料等�？焖倌�固正日益受到多方的重視。

3、復(fù)合材料 制備凝固技術(shù)的另一發(fā)展是用于復(fù)合材料的制備口所謂復(fù)合材料 , 就是在非金屬或金屬基體中引人增強相或特殊成分 ,通過控制凝固使增強相按所希望的方式分布或排列的一種具有特殊性能的材料。由于復(fù)合材料的基體 具有較高的斷裂性 , 加上增強相的存在 ,故能表現(xiàn)出與普通單相組織材料不同的性能 , 如高強度、良好的高溫性能和抗疲勞性能 , 已發(fā)展了多種制取復(fù)合材料的工藝方法 ,如結(jié)合順序凝固技術(shù)制備自生復(fù)合材料。此領(lǐng)域的應(yīng)用前景將越來越廣。

4、半固態(tài)鑄造半固態(tài)金屬鑄造成形技術(shù)經(jīng)過 20 多年的研究及發(fā)展 , 已進入工業(yè)應(yīng)用階段。其原理是在液態(tài)金屬的凝固過程中進行強烈的攪拌 (可以采用機械、電磁或其它方式 ) , 使普通鑄造易于形成的樹枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎而形成分散的顆粒狀組織形態(tài) , 從而制得半固態(tài)金屬液 ,它具有一定的流動性 ,然后可利用常規(guī)的成形技術(shù)如壓鑄、擠壓、模鍛等成形生產(chǎn)坯料或鑄件。半固態(tài)金屬鑄造成形克服了傳統(tǒng)鑄造成形易產(chǎn)生的縮孔、縮松、氣孔及尺寸偏差等缺點, 具有成形溫度低, 延長模具壽命 , 節(jié)約能源 , 改善生產(chǎn)條件和環(huán)境 , 提高鑄件質(zhì)量 ( 減少氣孔和凝固收縮 ) ,減少加工余量等許多優(yōu)點。半固態(tài)金屬成形工藝將成為 21 世紀(jì)極具發(fā)展前途的近凈形化成形技術(shù)之一。

常用鑄造金屬

1、灰鑄鐵

2、球墨鑄鐵

3、可鍛鑄鐵

4、鑄鋼

常用鑄造有色金屬

1、黃銅

2、錫青銅

3、無錫青銅

4、鋁合金

1、砂型鑄造:①潮模砂鑄造(機械化造型);②樹脂自硬砂鑄造;③水玻璃自硬砂鑄造;④覆砂造型鑄造。

2、精密鑄造,又稱失蠟鑄造,熔模鑄造

3、消失模鑄造

4、壓鑄,又稱壓力鑄造

5、離心鑄造

6、石膏型鑄造

7、連續(xù)鑄造

8、金屬型鑄造等

· 鑄造有色合金的熔煉

熔煉工藝對有色合金鑄件的性能和缺陷有很大影響。多數(shù)有色合金易產(chǎn)生氣孔和夾雜,尤其是鈦合金、鋁合金、鎂合金和某些銅合金。一般的熔煉工藝流程是:

1、根據(jù)鑄件技術(shù)要求所規(guī)定的合金牌號,可查出合金的化學(xué)成分范圍,從中選定化學(xué)成分;

2、根據(jù)元素的燒損率和成分要求,進行配料計算,得出各種爐料的加入量,并選擇爐料。若爐料受到污染,則需要進行處理,保證所有的爐料清潔、無銹,并在投料前進行預(yù)熱;

3、檢查和準(zhǔn)備化用具,涂刷涂料,并預(yù)熱,防止氣體、夾雜物和有害元素的污染;

4、加料。一般加料順序為:回爐料、中間合金和金屬料,低熔點易氧化的金屬料,如鎂,在爐料熔化之后加入;

5、為了減少合金液的吸氣和氧化的污染,應(yīng)盡快熔化,防止過熱,根據(jù)需要,有的合金液須加覆蓋劑保護;

6、爐料熔化后,進行精煉處理,以凈化合金液,并進行精煉效果的檢驗;

7、根據(jù)需要,進行變質(zhì)處理和細(xì)分組織處理以提高性能,并檢驗處理效果;

8、調(diào)整溫度,進行澆注。有的合金在澆注前要進行攪拌,以防發(fā)生比重偏析。

鑄造工藝中冶煉金屬及澆鑄成型的過程中離不開高質(zhì)量的耐火材料,熔化爐及中間鐵/鋼水包耐火材料的質(zhì)量將直接影響到金屬液體的化學(xué)成分,將對鑄件的綜合質(zhì)量造成不可挽回的不利影響.

鑄造冶煉過程常用耐火材料分類:

耐火磚:硅質(zhì)磚,高鋁磚,剛玉磚,鎂磚,鎂鋁磚,鎂碳磚等

不定型耐火材料:搗打料,澆注料,耐火水泥,硅砂,鎂砂,涂抹料以及輕質(zhì)保溫料等

鑄造作為重要的機械工業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè),在信息高速發(fā)展的現(xiàn)如今,提高鑄造的生產(chǎn)加工效率、生產(chǎn)質(zhì)量,將是廣大鑄造工作者的必須要面臨的課題。

歷來鑄造的毛坯產(chǎn)品廢品率居高不下是行業(yè)各種鑄造方法的通病,怎樣更好控制鑄造的整個過程顯得尤為重要!因此鑄造過程模擬軟件的出現(xiàn)將會逐步解決這個鑄造行業(yè)的難題,下一步怎么樣將模擬過程優(yōu)化為更精確的測算工具,怎么樣網(wǎng)絡(luò)化,怎么樣利用云計算來更好處理大量的參數(shù)數(shù)據(jù)從而使廣大的鑄造技術(shù)人員能更好共享這些公用數(shù)據(jù)。

中國鑄造協(xié)會,中國鑄造學(xué)會,中國鑄造網(wǎng)都在為鑄造行業(yè)的信息化不斷投入研發(fā)力量。

創(chuàng)新是一個行業(yè)發(fā)展壯大的根本源泉,是一個企業(yè)不竭的動力之基,因此鑄造產(chǎn)業(yè)必須要大力的發(fā)展科研創(chuàng)新力量,鑄造產(chǎn)業(yè)是由各個鑄造企業(yè)組成的,因此要把創(chuàng)新工作落到實處,任務(wù)就落到了各個鑄造企業(yè)的肩上,鑄造企業(yè)要創(chuàng)新,須具備四項素質(zhì)。

我國的鑄造產(chǎn)業(yè)要打造"四有"創(chuàng)新企業(yè),即有創(chuàng)新思想、創(chuàng)新計劃、創(chuàng)新的制度和體系以及創(chuàng)新的工作方式。創(chuàng)新是一個科學(xué)體系,因此我國的鑄造企業(yè)要有一個完整的創(chuàng)新體系,方能更好的進行創(chuàng)新,鑄造企業(yè)在創(chuàng)新思想的推動下制定企業(yè)的創(chuàng)新計劃,在創(chuàng)新制度和體系和保障之下實施創(chuàng)新計劃,并以科學(xué)的工作方式來進行全局性的指導(dǎo),以推動企業(yè)的創(chuàng)新工作的開展。

因此,"四有"不僅是推動鑄造企業(yè)進行創(chuàng)新的原始動力,也是鑄造企業(yè)更好進行創(chuàng)新的工作的指導(dǎo)方針,所以創(chuàng)新型的鑄造企業(yè)應(yīng)具備"四有"素質(zhì)。

為鑄造技術(shù)使用最多的材料。

砂模鑄造法(Sand Casting)
利用砂作為鑄模材料,依不同成份的砂可再細(xì)分為濕砂模鑄造法(Green Sand Mold)、表面干砂模鑄造法(Dry Sand Mold)等等,但并非所有砂均可用以鑄造。
好處是成本較低,因為鑄模所使用的沙可重復(fù)使用;缺點是鑄模制作耗時,鑄模本身不能被重復(fù)使用,須破壞后才能取得成品。
金屬模鑄造法(Die Casting)
利用熔點較原料高的金屬制作鑄模。其中細(xì)分為重力鑄造法、低壓鑄造法和高壓鑄造法。
受制于鑄模的熔點,可被鑄造的金屬也有所限制。
失蠟法(Investment Casting、Lost-wax casting)
這方法可以為外膜鑄造法和固體鑄造法。
先以蠟復(fù)制所需要鑄造的物件,然后浸入含陶瓷的池中并待干,使以蠟制的復(fù)制品覆上一層陶瓷外膜,一直重復(fù)步驟直到外膜足以支持鑄造過程(約1/4寸到1/8寸),然后熔解模中的蠟,并抽離鑄模。其后鑄模需要多次加以高溫,增強硬度后方可用以鑄造。
此方法具有良好的準(zhǔn)確性,更可用作高熔點金屬(如鈦)的鑄造。但由于陶瓷價格頗高,而且制作需要多次加熱和復(fù)雜,故成本頗為昂貴。