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铸造

/casting/
最后更新 2022-12-23
浏览 401
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熔炼金属,制造铸型,并将符合要求的熔融金属浇入铸型,经冷却凝固、清整处理后获得具有一定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

英文名称
casting
所属学科
机械工程

铸造是现代机械制造工业尤其是先进装备制造业的基础工艺之一。

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺,已有约6000年的历史。中国在公元前1700~前1000年已进入青铜铸件的全盛时期,以商代后期的四羊方尊和后母戊方鼎、春秋时代的越王剑、战国时代的曾侯乙编钟等为代表,体现了中国古代高超的工艺水平和灿烂的文化。早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具,艺术色彩浓厚。18世纪工业革命以后,随着蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起,铸造业进入为大工业服务的新时期,铸造技术也开始有了很大的发展。20世纪以来,由于采用和开发了大量新工艺和新材料,铸件的性能和形状尺寸精度得到不断提高,使铸造生产的适应性有了很大提升。

铸造一般按造型方法可分为普通砂型铸造和特种铸造两大类。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。特种铸造按造型材料的不同,又可分为两类。一类以天然矿产砂石作为主要造型材料,如熔模铸造(在可熔模样上包覆耐火材料制成型壳,加热熔出模样后经高温焙烧成铸型,并以此来生产铸件)、壳型铸造(用薄壳铸型生产铸件)、负压铸造(将制造好的铸型抽真空造成负压,浇注金属获得)、泥型铸造(以黏土为主要材料制成铸型来生产铸件)、实型铸造(用泡沫塑料模样制造不分型不起模的铸型,浇注时利用高温液态金属将模样气化并填充型腔)、陶瓷型铸造(用陶瓷浆料制成铸型生产铸件)等;另一类以金属作为主要铸型材料,如金属型铸造(用金属材料制成铸型生产铸件)、离心铸造(将液态金属浇入旋转的铸型里,在离心力作用下充型并凝固成铸件)、连续铸造(利用贯通的结晶器在一端连续地浇入液态金属,从另一端连续拔出成型材料的铸造方法)、压力铸造(在高压作用下,使液态或半液态金属高速度充填铸型,并在压力下凝固成铸件)、低压铸造(在低压气体作用下,使液态金属充填铸型并凝固成铸件)等。

具有适当的铸造性能,用于生产铸件的合金称为铸造合金,主要有铸铁、铸钢、铸造高温合金和铸造有色合金等。铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金。铸铁除铁、碳以外,还含有硅、锰、磷和硫等元素。工业用铸铁含碳量常在2.0%~4.0%,含硅量在1.0%~3.0%。还含有其他合金元素的铸铁,称为合金铸铁。铸铁根据碳的存在形式分为白口铸铁和灰口铸铁,白口铸铁中碳主要以渗碳体形式存在,灰口铸铁中碳主要以石墨形式存在;根据石墨形态的不同,灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁(片状石墨)、可锻铸铁(团絮状石墨)、球墨铸铁(球状石墨)和蠕墨铸铁(蠕虫状石墨)。铸钢是在凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金的总称。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢三类。铸造碳钢以碳为主要合金元素并含有少量其他元素。铸造低合金钢含合金元素总量一般小于5%的铸钢。铸造特种钢是为适应特殊需要在碳钢的基础上加入一种或多种高量合金元素的合金铸钢。铸造高温合金指适合采用铸造工艺直接成形制造零部件的一类高温合金材料。根据合金基体成分,可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金3种类型;按结晶方式,又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金和单晶铸造高温合金等3种类型。铸造有色合金指用以浇注铸件的有色合金(见有色金属),主要有铸造铜合金、铸造铝合金、铸造镁合金、铸造锌合金、铸造轴承合金和铸造钛合金等。

适应性广。铸造是一种比较经济的机械零件毛坯成形方法,对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖,船舶螺旋桨及精致的艺术品等。有些难以切削加工成形的零件,如航空发动机与燃气轮机镍基合金零件,只能用铸造方法成形。零件尺寸和重量的适应范围很宽,金属种类几乎不受限制。零件具有良好的力学性能,同时还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能,是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所无法达到的。机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件,在数量和吨位上仍是最多、最大的。

所需的材料设备品种多、数量大。铸造生产常用的材料有各种金属、焦炭、木材、燃料、造型材料等。所需设备有熔炼金属用的各种熔炉,混砂用的各种混砂机,造型造芯用的各种造型机、造芯机,清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器设备以及许多运输和物料处理的设备。

污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声,对环境的污染比起其他机械制造工艺更为严重,需要采取措施加以控制。

随着科学技术的不断进步和可持续发展战略的实施,铸造生产正向高效智能和绿色低碳趋势发展,物联网、机器人和节能减排技术已大量应用;铸造工艺正向柔性化、精密化和自动化发展;铸件正向轻量化、强韧化、精密化、易切削化和一致化发展。

  • 陆文华.铸铁及其熔炼.北京:机械工业出版社,1981.
  • 周尧和,胡壮麒,介万奇.凝固技术.北京:机械工业出版社,1998.

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