（金属热加工工艺）

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。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。 被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属（例：铜、铁、铝、锡、铅等），而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。

铸造分类

主要有砂型铸造和特种铸造2大类。

1 普通砂型铸造，利用砂作为铸模材料，又称砂铸，翻砂，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类，但并非所有砂均可用以铸造。好处是成本较低，因为铸模所使用的沙可重复使用；缺点是铸模制作耗时，铸模本身不能被重复使用，须破坏后才能取得成品。

1.1 砂型（芯）铸造方法：湿型砂型、树脂自硬砂型、水玻璃砂型、干型和表干型、实型铸造、负压造型。

1.2 砂芯制造方法：是根据砂芯尺寸、形状、生产批量及具体生产条件进行选择的。在生产中，从总体上可分为手工制芯和机器制芯。

2特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。

2.1 金属模铸造法

利用熔点较原料高的金属制作铸模。其中细分为重力铸造法、低压铸造法和高压铸造法。

受制于铸模的熔点，可被铸造的金属也有所限制。

2.2 脱蜡铸造法

这方法可以为外膜铸造法和固体铸造法。

先以蜡复制所需要铸造的物件，然后浸入含陶瓷（或硅溶胶）的池中并待乾，使以蜡制的复制品覆上一层陶瓷外膜，一直重复步骤直到外膜足以支持铸造过程(约1/4寸到1/8寸)，然后熔解模中的蜡，并抽离铸模。其后铸模需要多次加以高温，增强硬度后方可用以铸造。

此方法具有良好的准确性，更可用作高熔点金属(如钛)的铸造。但由于陶瓷价格颇高，而且制作需要多次加热和复杂，故成本颇为昂贵。

成型工艺

1.重力浇铸：砂铸，硬模铸造。依靠金属自身重力将熔融金属液浇入型腔。

2.压力铸造：低压浇铸，高压铸造。依靠额外增加的压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。

铸造工艺通常包括

①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素；

②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有各类铸铁、铸钢和铸造有色金属及合金；

③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。

优点：1、可以生产形状复杂的零件，尤其是复杂内腔的毛坯；

2、适应性广，工业常用的金属材料均可铸造，几克到几百吨；

3、原材料来源广，价格低廉，如废钢、废件、切屑等；

4、铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少了切削量，属于无切削加工；

5、应用广泛，农业机械中40%~70%、机床中70%~80%的重量都是铸件。

缺点：1、机械性能不如锻件，如组织粗大，缺陷多等；

2、砂型铸造中，单件、小批量生产，工人劳动强度大；

3、铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷。

铸造的缺陷对铸件质量有着重要的影响，因此，为选择铸造合金和铸造方法打好基础，应从铸件的质量入手，并结合铸件主要缺陷的形成与防治。 

铸造热

铸造热是由于吸入在熔炼铜时产生的高分散度的氧化锌烟雾所引起的一种急性发热反应。有人报道铅、锡、锑、镍等的金属氧化物烟雾亦可引起此症。防止金属烟雾的逸散，是预防铸造热的根本办法。在熔炼、浇铸等操作时要加强密闭化，安装局部排风除尘设备，回收氧化锌。加强全面通风、戴防烟雾口罩可作为辅助性措施。

工艺流程

随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展，不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型、造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型、造芯的各种原材料，如铸造原砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料，造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和连续式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，混砂速度快。

造型、造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里，造型、造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、气冲造型机、无箱射压造型机、冷芯盒制芯机和热芯盒制芯机、覆膜砂制芯机等。

铸件自浇注冷却的铸型中取出后，带有有浇口、冒口、金属毛刺、披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有磨光机、抛丸机、浇冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

铸造是比较经济的毛坯成形方法，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，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，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、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。

铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、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来更为严重，需要采取措施进行控制。

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。 [3] 

行业特点

铸造是比较经济的毛坯成形方法，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，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

对于铸造工程师以及机械结构设计工程师而言，热处理是一项非常有意义，而具甚高价值用以改进材料品质的方法，借热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时可以获得更高的强度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。

由于目的不同，热处理的种类非常多，基本主要可分成两大类，第一类是组织构造不会经由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的，第二则是基本的组织结构发生变化者。第一热处理程序，主要用于消除内应力，而此内应力系在铸造过程中由于冷却状况及条件不同而引起。组织、强度及其他机械性质等，不因热处理而发生明显变化。

对于第二类热处理而言，基地组织发生了明显的改变，可大致分为五类：

(1)软化退火：其目的主要在于分解碳化物，将其硬度降低，而提高加工性能，对于球墨铸铁而言，其目的在于获得更多的铁素体组织。

(2)正火处理：主要目的是获得珠光体和索氏体组织提高铸件的机械性能。

(3)淬火：主要为了获得更高的硬度或磨耗强度，同时的到甚高的表面耐磨特性。

(4)表面硬化处理：主要为获得表面硬化层，同时得到甚高的表面耐磨特性。

(5)析出硬化处理：主要是为获得高强度而伸长率并不因而发生激烈的改变。

(6)表面铸造的缺陷处理：可有时我们的缺陷没有很多，就不必要投入较大的成本，我们用一些修补剂就可以修补好的，方便简单，例如铁质材料的，我们可以用（劲素成）JS902修补一下就可以了，用不完可以放到以后再用，这样可以为我们的厂家节省成本，让我们的铸造厂家把更多的资金投入到提高产品本身质量上，让使用者创造更多的财富。

产品分类

常用铸造金属

1.灰铸铁

2.球墨铸铁

3.可锻铸铁

4.铸钢

常用铸造有色金属

1.黄铜

2.锡青铜

3.无锡青铜

4.铝合金

冶炼

· 铸造有色合金的熔炼

熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影响。多数有色合金易产生气孔和夹杂，尤其是钛合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔炼工艺流程是：

1）根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分；

2）根据元素的烧损率和成分要求，进行配料计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉料清洁、无锈，并在投料前进行预热；

3）检查和准备化用具，涂刷涂料，并预热，防止气体、夹杂物和有害元素的污染；

4）加料。一般加料顺序为：回炉料、中间合金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁，在炉料熔化之后加入；

5）为了减少合金液的吸气和氧化的污染，应尽快熔化，防止过热，根据需要，有的合金液须加覆盖剂保护；

6）炉料熔化后，进行精炼处理，以净化合金液，并进行精炼效果的检验；

7）根据需要，进行变质处理和细分组织处理以提高性能，并检验处理效果；

8）调整温度，进行浇注。有的合金在浇注前要进行搅拌，以防发生比重偏析。

耐火材料

铸造工艺中冶炼金属及浇铸成型的过程中离不开高质量的耐火材料,熔化炉及中间铁/钢水包耐火材料的质量将直接影响到金属液体的化学成分,将对铸件的综合质量造成不可挽回的不利影响.

铸造冶炼过程常用耐火材料分类:

耐火砖:硅质砖,高铝砖,刚玉砖,镁砖,镁铝砖,镁碳砖等

不定型耐火材料:捣打料,浇注料,耐火水泥,硅砂,镁砂，涂抹料以及轻质保温料等

铸造种类

为铸造技术使用最多的材料。

• 砂模铸造法（Sand Casting）
• 利用砂作为铸模材料，依不同成份的砂可再细分为湿砂模铸造法（Green Sand Mold）、表面干砂模铸造法（Dry Sand Mold）等等，但并非所有砂均可用以铸造。
• 好处是成本较低，因为铸模所使用的沙可重复使用；缺点是铸模制作耗时，铸模本身不能被重复使用，须破坏后才能取得成品。
• 金属模铸造法（Die Casting）
• 利用熔点较原料高的金属制作铸模。其中细分为重力铸造法、低压铸造法和高压铸造法。
• 受制于铸模的熔点，可被铸造的金属也有所限制。

• 失蜡法（Investment Casting、Lost-wax casting）

• 这方法可以为外膜铸造法和固体铸造法。
• 先以蜡复制所需要铸造的物件，然后浸入含陶瓷的池中并待干，使以蜡制的复制品覆上一层陶瓷外膜，一直重复步骤直到外膜足以支持铸造过程（约1/4寸到1/8寸），然后熔解模中的蜡，并抽离铸模。其后铸模需要多次加以高温，增强硬度后方可用以铸造。
• 此方法具有良好的准确性，更可用作高熔点金属（如钛）的铸造。但由于陶瓷价格颇高，而且制作需要多次加热和复杂，故成本颇为昂贵。