铸造合金

用于生产铸件的金属材料

用于生产铸件的金属材料称为铸造合金，除了特别难熔的合金之外，几乎所有的合金都能用于铸造生产。铸造合金常用的熔炼方法有：冲天炉熔炼、反射炉熔炼、电弧炉熔炼、中频和工频感应电炉熔炼、坩埚炉熔炼等。

简介

铸造合金(包括铸铁、铸钢和铸造非铁合金)是重要的工程材料，在工农业生产、国防建设及人民日常生活中都占有相当重要的地位，特别是在机器制造业中占的比例就更大。

现代铸造合金种类及熔炼技术的飞速发展主要是在20世纪50年代以后，如孕育铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁退火周期的大幅度缩短、电炉熔炼铸铁技术的发展等。随着人们对各种铸造合金、铸造工艺方法及铸造合金熔炼用炉的广泛深入研究，许多新技术、新成果被不断地应用到生产中，特别是计算机在铸造生产中的应用，取得了令人满意的成果。

常用材料

灰铸铁

灰铸铁的含碳量接近共晶成分，结晶温度间隔小、熔点低，结晶时有石墨析出，体积膨胀，可抵消部分铸件的收缩，故总的收缩小，流动性好。如灰铸铁的浇注温度在1200～1280℃时，表示流动性好坏的螺旋线长度为600～1200mm，总体积收缩率在6.9%～7.8%之间。

碳素铸钢

常用于制造机器零件的铸钢含碳量为0.25%～0.45%。铸钢的浇注温度高(约在1500℃，流动性差，螺旋线长度为100mm，收缩大，总体积收缩率达12.4%，在熔炼过程中易吸气和氧化，因此铸钢的铸造性能差，易产生粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、裂纹、气孔等缺陷。

有色金属

铜合金熔点低，流动性好。锡青铜浇注温度为1040℃，螺旋线长度为420mm，硅黄铜浇注温度为1100℃，螺旋线长度为1000mm。铜合金熔炼时易氧化，某些铜合金(如铅青铜)还易产生密度偏析，熔炼时要注意防止合金氧化、烧损、偏析。

铝合金的浇注温度更低，一般在680℃螺旋线长度为700～800mm。铝合金在高温下易吸气和氧化，影响其力学性能，故熔炼时要注意隔绝合金液体与炉气的接触，并采用一些净化措施。

性能

合金在铸造生产中，所呈现的工艺性能称为铸造性能。它是保证铸件质量的重要因素。合金的铸造性能主要有流动性、收缩性、偏析倾向等。

1.流动性熔融金属的流动能力称为流动性。流动性好的金属液，充填铸型能力强，易于获得外形完整、尺寸准确、轮廓清晰或壁薄而复杂的铸件。

影响金属流动性的因素很多，如浇注温度高，可使金属在液态下保持较长的时间，但过高的浇注温度反而会导致金属总收缩量增加和吸收气体过多，造成缩孔和气孔等缺陷。总之，浇注温度不宜过高和过低。合金成分对流动性也有较大影响，如共晶合金的熔点低，流动性好。

2.收缩性金属在冷却时体积缩小的性能称为收缩性。金属的收缩可分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三部分。其中，液态收缩是在高温状态产生的，只造成铸型冒口部分金属液面的降低；凝固收缩会造成缩松、缩孔等现象；固态收缩受到阻碍时，则产生铸造内应力。为防止缩松或缩孔，应扩大内浇道，利用浇道直接补缩，或在壁厚处设置冒口，由冒口中的金属液补充壁厚处的凝固收缩。

3.偏析倾向金属或合金在凝固过程中形成的化学成分不均匀现象称为偏析。它与合金的液相线和固相线温度间隔有关，凝固温度区间越大，则偏析越显著。另外，灰铸铁中含硫、磷和碳量较高时，容易产生偏析。浇注温度高和冷却速度慢也能造成偏析。铸件偏析不太严重时，可以通过退火处理来消除偏析现象。

相关工艺

熔炼

将金属料、辅料入炉加热，熔化成铁水，为铸造生产提供预定成分和温度合格的合金液的过程称为合金的熔炼。合金的熔炼是铸造的必要过程之一，对铸件质量影响很大，若控制不当会使铸件化学成分和力学性能不合格，以及产生气孔、夹渣、缩孔等缺陷。因此，对合金熔炼的基本要求是优质、低耗和高效。即金属液温度高、化学成分合格和纯净度高(夹杂物及气体含量少)；燃料、电力耗费少、金属烧损少；熔炼速度快。

常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铸造铝和铜合金等．其中铸铁应用最多。

熔炼铸铁的设备有冲天炉和感应电炉等，熔炼铸钢的设备有电弧炉及感应电炉等，铸造铝、铜合金的熔炼设备主要是坩埚炉及感应电炉等。

浇注

把熔融金属浇入铸型的操作过程称为浇注。浇注工艺不当会使铸件产生气孔、缩孔、冷隔、浇不足、夹渣、裂纹、跑火、粘砂等缺陷。浇注工作组织不当时，还可能发生安全事故。

1.浇注前的准备工作

1)准备浇注包。浇注包是将熔炼炉流出的熔融金属盛装，再将金属液浇入铸型的容器。浇注包按容量大小可分为端包、抬包和吊包。浇注包的选择应按铸件的大小而定。

2)清理通道。浇注时行走的通道不应有杂物挡道，更不能有积水。

3)烘干用具。烘干用具可避免浇注包、挡渣勾等用具因潮湿而引起金属液的飞溅及降温。

2.浇注时应注意的事项

1)浇注温度。浇注温度过低，金属液的流动性差，铸件易产生气孔、冷隔、浇不足等缺陷；浇注温度过高，铸件易产生缩孔、裂纹、跑火、粘砂等缺陷。通常情况下，灰铸铁的浇注温度为1230℃～1380℃，铸钢的浇注温度为1520℃～1 620℃，铝合金的浇注温度为680℃～780℃；复杂薄壁件取上限。

2)浇注速度。浇注速度太慢，金属液降温过多，铸件易产生夹渣、冷隔、浇不足等缺陷；浇注速度太快，铸件易产生气孔、冲砂、抬箱、跑火等缺陷。

3)浇注技术。浇注时应注意扒渣、挡渣和引火。

4)估计好金属液重量。铸型应一次浇满，浇注过程中不能断流，并应始终保持浇口杯处于充满状态。

用途

适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的合金。

按基本元素分类有镍基的、钴基的和铁基的。铸造高温合金主要用作燃气涡轮机的涡轮叶片。

在有色金属合金中，铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等都可用于铸造。有色金属铸件广泛使用于机器制造、航空、汽车、建筑等工业中。铸钢件在钢铁材料的使用中所占份额甚少，钢铁厂大多以钢材形式供货，因之冶炼厂大多和加工厂设于一地。有色金属铸件在有色金属材料的使用中所占份额很大（有时几近半数），形成庞大复杂的铸造合金系列。因之，有色金属冶炼厂往往以一定化学成分的金属锭供货，供后续工序配制各类合金；冶炼厂和加工厂也往往分设。

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