金属材料的液态凝固成形技术

第7章　金属材料的液态凝固成形技术

★本章知识框架

★本章学习目标与要求

①掌握金属液态凝固成形的原理；

②熟悉铸造生产的实质、特点与用途；

③熟悉常用合金的铸造性能；

④熟悉各种铸造方法的特点及应用；

⑤了解铸件结构工艺性；

⑥了解常用合金铸件的生产。

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6　000年的历史。中国约在公元前1　700至前1　000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。中国商朝的重875kg的司母戊方鼎（见图7－1）、战国时期的曾侯乙尊盘（见图7－2）、西汉的透光镜（见图7－3），都是古代铸造的代表产品。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。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件——晋国铸刑鼎（见图7－4），重约270kg。

图7－1　商朝的司母戊方鼎

图7－2　战国时期的曾侯乙尊盘

图7－3　西汉的透光镜

图7－4　晋国铸刑鼎

欧洲在公元8世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在15至17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。

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（见图7－5）和缸盖（见图7－6），船舶螺旋桨及精致的艺术品等。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就无法成形。

我国的铸造业虽具有年产1　500万吨的生产能力，进入20世纪90年代后期，每年生产铸件的产量都在1　000万吨以上，并涌现了一大批很有实力的铸造企业，但就整个行业而言，其现状仍然是厂点分散（达2万多个），从业人员多（在120万人以上），效益低（全员人均产值不足4万元，厂均铸件仅为500吨/年），铸件质量与美、日、德、法等铸造强国相比还有较大差距。我国铸造生产必须走优质、高效、低耗、清洁、可持续发展的道路，才能迅速由大变强。

图7－5　发动机缸体

图7－6　发动机缸盖

进入20世纪，铸造业的发展速度很快，其重要原因之一是产品技术的进步，要求铸件的各种力学性能及物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深渗透到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产；机器人和电子计算机在铸造生产和管理领域里的应用，也日益广泛。

铸造业是典型的劳动密集型产业，同时也是资源和能源消耗大户，要提高其经济效益，不单纯是个技术进步问题，科学管理也十分重要。在铸造生产中，最大限度地提高劳动力、资本、资源和技术各生产要素的使用效率，实现集约化生产是使铸造业获得最大产出和效益的唯一方法。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。