铸造技术

铸造技术是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作艺术。其优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重，如机床占60～80%，汽车占25%拖拉机占50～60%。铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。

铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。

由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速.

我国是装备制造业大国，铸件是装备的基础件，我国年产铸件3530万吨（2009年统计）是世界铸造第一大国，从总体上看我国铸造技术落后于工业发达国家，但是，近三十年我国铸造技术 获得突发猛进的发展，许多新建的铸造厂采用的设备、工艺、管理均采用世界最先进的技术，铸件质量、铸件生产率、能耗、管理水平均达到世界一流水平。如：潍坊柴油机厂铸造分厂、一汽、二汽的铸造新厂厂房工艺设计、造型设备、制芯工部、熔炼工部、盒箱浇注设备、铸件清理设备及相关附属设备均为世界最先进的设备。我国正在从铸造生产大国向铸造技术强国转变。

①铸件加工余量大。由于缺乏科学的设计指导，工艺设计人员凭经验难以控制变形问题，铸造的加工余量一般比国外大1—3倍。加工余量大，铸件的能耗和原材料消耗严重，加工周期长，生产效率低，已成为制约行业发展的瓶颈。

②大型铸件偏析和夹杂物缺陷严重。大型铸钢件和大型钢锭在凝固结束后，在冒口根部、铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大问题。

③铸件裂纹问题严重。

④浇注系统设计不合理。由于设计不当，存在卷气、夹杂等缺陷，导致铸件出品率和合格率低。

⑤模拟软件应用不普及。铸造过程模拟是铸件生产的一个必要环节，在国外，如果没有计算机模拟技术，就拿不到订单。我国的铸造业计算机模拟起步较早，虽然核心计算部分开发能力较强，但整体软件包装能力较差，导致成熟的商业化软件开发远落后于发达国家，相当一部分铸造企业对计算机模拟技术望而却步，缺乏信任。目前这种局面虽有所好转，但在购买了铸造模拟软件的企业中，能够发挥其作用的还不多见，急需对企业员工进行软件应用培训。

⑥普通铸件的生产能力过剩，高精密铸件的制造依然困难，核心技术和关键产品仍依赖进口。

我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的25%—30%，能源平均利用率为17%，能耗约为铸造发达国家的2倍。我国每生产1吨合格铸铁件的能耗为550—700公斤标准煤，国外为300—400公斤标准煤，我国每生产1吨合格铸钢件的能耗为800—1000公斤标准煤，国外为500—800公斤标准煤。据统计，铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值的55%—70%。中国铸件毛重比国外平均高出10%—20%，铸钢件工艺出品率平均为55%，国外可达70%。

我国除少数大型企业如一汽、二汽、大起大重、沈阳黎明公司等生产设备精良、铸造技术先进、环保措施基本到位以外，多数铸造厂点生产设备陈旧、技术落后、一般很少顾及环保问题。上世纪80年代，政府对规模小、技术水平低、污染严重的企业进行了专业化调整，提高了企业的集约化程度，但铸造生产的粗放型特征没有得到根本改变。生产现场环境恶劣、作业条件差、技术落后、粗放式生产的铸造企业占90%以上；1998年在匈牙利举办的第63届世界铸造会议上颁发了环境保护奖，获奖铸造厂中没有一个在中国，这与中国的铸造大国地位极不相称。我国铸造业的环境问题还表现在对自然资源的超量消耗上。

铸造生产中炉料主要是生铁、废钢、焦炭、石灰石等、型砂、芯砂。主要是原砂、粘土、煤粉、树脂等粘结剂、固化剂、旧砂等的运输、混砂、造型、制芯、烘烤、熔化、浇注、冷却、落砂、清理和后处理等工序，就其作业内容来讲是在机械振动和噪声中进行，有的还在高温?如熔化、浇注中作业，有的产生刺激性气味，粉尘作业环境更是恶劣。在我国铸造车间每生产1吨铸件，约散发50公斤粉尘，熔炼和浇注工序排放废渣200公斤、废气20立方米，造型和清理排废砂约13—15吨。以年产2200万吨铸件计，每年排污物总量为：废渣440万吨、废砂近1650万吨、废气4亿立方米。这些数据足以说明我国铸造行业环境问题的严峻程度，采用高技术实现绿色铸造是当前需要重点解决的关键问题。

结晶与凝固是铸件形成过程的核心，它决定着铸件的组织和缺陷的形成， 也决定了铸件的性能和质量 。 近 30 年来，借助于物理化学、金属学、非平篱热力学与动力学、高等数学和计算数学，从传热、传质和固液界面几个方面进行研究，使金属凝固理论有了很大的发展，这不仅使人们对许多条件下的凝固过程 和组织特征有了深入的认识 ，而且促使了许多凝固技术和液态凝固成形方法的提出、发展和生产应用。例如凝固理论已建立了铸件冷却速度和品粒度以及晶粒度与铸件力学性能之间的一些函数关系，从而为控制铸造工艺参数和铸件力学性能 提供了依据。

控制凝固过程是开发新型材料和提高铸件质量的重要途径。近年来， 顺序凝固技术、快速凝固技术、复合材料的获得、半固态金属铸造成形技术等等就是集中的代表。

（1）顺序凝固技术 所谓的顺序凝固技术，是使液态金属的热量沿一定向排出，或通过对液态金属施行某方向的快速凝固，从而使晶粒的生长( 凝固 )向着一定的方向进行， 最终获得具有单方向晶粒组织或单晶组织的铸件的一种工艺方法。由于冷却及控制技术的不断进步,使热量排出的强度及方向性不断提高 , 从而使固液界面前沿液相中的温度梯度增大，这不仅使晶粒生长的方向性提高 ,而且组织更细长、挺直、并延长了定向区 . 顺序凝固技术已广泛应用于铸造 高温合金燃气轮机叶片的生产中 , 由于沿定向生长的组织的力学性能优异，使叶 片工作温度大幅度提高 , 从而使航空发动机性能提高。顺序凝固技术的最新进展 是制取单晶体铸件，如单晶涡轮叶片 ,它比一般顺序凝固柱状晶叶片具有更高的工作温度，抗热疲劳强度、抗蠕变强度和耐腐蚀性能。采用这种高温合金单晶叶片的航空发动机，有效地增加了航空发动机的推力和效率 , 使其性能大幅度提高。

（2）快速凝固技术即在比常规工艺条件下的冷却速度（10-4 - 10K/S） 快得多的冷却条件 (103 - 109 K/S) 下 ,使液态合金转变为固态的工艺方法。它使合金 材料具有优异的组织和性能 , 如很细的晶粒(通常 <0.1-0.01 um>甚至纳米级的晶粒) ，合金元偏析缺陷和高分散度的超细析出相，材料的高强度、高韧性等。快速凝固技术可使液态金属脱开常规的结晶过程 (形核和生长) , 直接形成非晶结构的固体材料，即所谓的金属玻璃。此类非晶态合金为远程无序结构，具有特殊的电学性能、磁学性能、电化学性能和力学性能，己得到广泛的应用。如用作控制变压器铁心材料、计算机磁头及外围设备中零件的材料、纤焊材料等。快速凝固正日益受到多方的重视。

（3）复合材料 制备凝固技术的另一发展是用于复合材料的制备口所谓复合材料，就是在非金属或金属基体中引人增强相或特殊成分，通过控制凝固使增强相按所希望的方式分布或排列的一种具有特殊性能的材料。由于复合材料的基体 具有较高的断裂性，加上增强相的存在，故能表现出与普通单相组织材料不同的性能，如高强度、良好的高温性能和抗疲劳性能，目前已发展了多种制取复合材料的工艺方法，如结合顺序凝固技术制备自生复合材料。此领域的应用前景将越来越广。

（4）半固态铸造半固态金属铸造成形技术经过 20 多年的研究及发展，目前已进入工业应用阶段。其原理是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌 (可以采用机械、电磁或其它方式 ) , 使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液 ,它具有一定的流动性 ,然后可利用常规的成形技术如压铸、挤压、模锻等成形生产坯料或铸件。半固态金属铸造成形克服了传统铸造成形易产生的缩孔、缩松、气孔及尺寸偏差等缺点, 具有成形温度低，延长模具寿命，节约能源，改善生产条件和环境，提高铸件质量 (减少气孔和凝固收缩)，减少加工余量等许多优点。半固态金属成形工艺将成为 21 世纪极具发展前途的近净形化成形技术之一。

《铸造技术》期刊级别：北大核心

周期：月刊

国内统一刊号：CN61-1134/TG

国际标准刊号：ISSN1000-8365

主办单位：中国铸造协会西安市铸造学会

主管单位：西安市科学技术协会

《铸造技术》创刊于1979年，是中国铸造协会会刊，中文核心期刊，中国科技核心期刊，国内外公开发行，是一本集中报导我国铸造领域先进科研成果、实用工艺技术、生产管理经验以及铸造行业发展动态的综合性科技期刊。覆盖铸铁、铸钢和有色合金铸造等整个铸造工业领域。读者对象为企业管理人员、技术人员、技术工人、大专院校师生、科研院所工程研究人员等。创刊三十多年来，《铸造技术》坚持“面向企业，服务一线”的办刊宗旨和“实用化、市场化、信息化”的办刊理念，在行业内产生了积极的影响，并被国内外19家数据库(网站)收录，成为读者喜爱的铸造行业专业技术期刊。

《铸造技术》杂志内容主要由铸造材料研究和铸造成型工艺两大板块组成。前者主要设置：材料开发、材料改性、材料保护、材料失效分析等4各栏目；后者主要设置：今日铸造、工艺技术、生产技术、经验交流、行业动态(信息)等栏目。此外，为了扩大铸造工作者的视野，了解和借鉴与之相关专业的技术研究成果和发展动态，改版后的《铸造技术》杂志还开设了实用成型技术、设备改造及铸件加工等栏目。

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