鑄造合金

用於生產鑄件的金屬材料稱為鑄造合金，除了特別難熔的合金之外，幾乎所有的合金都能用於鑄造生產。鑄造合金常用的熔煉方法有：沖天爐熔煉、反射爐熔煉、電弧爐熔煉、中頻和工頻感應電爐熔煉、坩堝爐熔煉等。

基本介紹

• 中文名：鑄造合金
• 外文名：cast alloy
• 適於：熔融狀態下充填鑄型
• 套用：鑄成一定形狀和尺寸鑄件毛坯
• 熔煉方法：沖天爐熔煉、坩堝爐熔煉等
• 常見種類：灰鑄鐵、碳素鑄鋼、有色金屬等

簡介

鑄造合金(包括鑄鐵、鑄鋼和鑄造非鐵合金)是重要的工程材料，在工農業生產、國防建設及人民日常生活中都占有相當重要的地位，特別是在機器製造業中占的比例就更大。

現代鑄造合金種類及熔煉技術的飛速發展主要是在20世紀50年代以後，如孕育鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵退火周期的大幅度縮短、電爐熔煉鑄鐵技術的發展等。隨著人們對各種鑄造合金、鑄造工藝方法及鑄造合金熔煉用爐的廣泛深入研究，許多新技術、新成果被不斷地套用到生產中，特別是計算機在鑄造生產中的套用，取得了令人滿意的成果。

常用鑄造合金

灰鑄鐵

灰鑄鐵的含碳量接近共晶成分，結晶溫度間隔小、熔點低，結晶時有石墨析出，體積膨脹，可抵消部分鑄件的收縮，故總的收縮小，流動性好。如灰鑄鐵的澆注溫度在1200～1280℃時，表示流動性好壞的螺旋線長度為600～1200mm，總體積收縮率在6.9%～7.8%之間。

碳素鑄鋼

常用於製造機器零件的鑄鋼含碳量為0.25%～0.45%。鑄鋼的澆注溫度高(約在1500℃，流動性差，螺旋線長度為100mm，收縮大，總體積收縮率達12.4%，在熔煉過程中易吸氣和氧化，因此鑄鋼的鑄造性能差，易產生粘砂、澆不足、冷隔、縮孔、裂紋、氣孔等缺陷。

有色金屬

銅合金熔點低，流動性好。錫青銅澆注溫度為1040℃，螺旋線長度為420mm，矽黃銅澆注溫度為1100℃，螺旋線長度為1000mm。銅合金熔煉時易氧化，某些銅合金(如鉛青銅)還易產生密度偏析，熔煉時要注意防止合金氧化、燒損、偏析。

鋁合金的澆注溫度更低，一般在680℃螺旋線長度為700～800mm。鋁合金在高溫下易吸氣和氧化，影響其力學性能，故熔煉時要注意隔絕合金液體與爐氣的接觸，並採用一些淨化措施。

合金的鑄造性能

合金在鑄造生產中，所呈現的工藝性能稱為鑄造性能。它是保證鑄件質量的重要因素。合金的鑄造性能主要有流動性、收縮性、偏析傾向等。

1.流動性熔融金屬的流動能力稱為流動性。流動性好的金屬液，充填鑄型能力強，易於獲得外形完整、尺寸準確、輪廓清晰或壁薄而複雜的鑄件。

影響金屬流動性的因素很多，如澆注溫度高，可使金屬在液態下保持較長的時間，但過高的澆注溫度反而會導致金屬總收縮量增加和吸收氣體過多，造成縮孔和氣孔等缺陷。總之，澆注溫度不宜過高和過低。合金成分對流動性也有較大影響，如共晶合金的熔點低，流動性好。

2.收縮性 金屬在冷卻時體積縮小的性能稱為收縮性。金屬的收縮可分為液態收縮、凝固收縮和固態收縮三部分。其中，液態收縮是在高溫狀態產生的，只造成鑄型冒口部分金屬液面的降低；凝固收縮會造成縮松、縮孔等現象；固態收縮受到阻礙時，則產生鑄造內應力。為防止縮松或縮孔，應擴大內澆道，利用澆道直接補縮，或在壁厚處設定冒口，由冒口中的金屬液補充壁厚處的凝固收縮。

3.偏析傾向 金屬或合金在凝固過程中形成的化學成分不均勻現象稱為偏析。它與合金的液相線和固相線溫度間隔有關，凝固溫度區間越大，則偏析越顯著。另外，灰鑄鐵中含硫、磷和碳量較高時，容易產生偏析。澆注溫度高和冷卻速度慢也能造成偏析。鑄件偏析不太嚴重時，可以通過退火處理來消除偏析現象。

鑄造合金相關工藝

鑄造合金的熔煉

將金屬料、輔料入爐加熱，熔化成鐵水，為鑄造生產提供預定成分和溫度合格的合金液的過程稱為合金的熔煉。合金的熔煉是鑄造的必要過程之一，對鑄件質量影響很大，若控制不當會使鑄件化學成分和力學性能不合格，以及產生氣孔、夾渣、縮孔等缺陷。因此，對合金熔煉的基本要求是優質、低耗和高效。即金屬液溫度高、化學成分合格和純淨度高(夾雜物及氣體含量少)；燃料、電力耗費少、金屬燒損少；熔煉速度快。

沖天爐（合金鑄造）

常用的鑄造合金有鑄鐵、鑄鋼、鑄造鋁和銅合金等．其中鑄鐵套用最多。

熔煉鑄鐵的設備有沖天爐和感應電爐等，熔煉鑄鋼的設備有電弧爐及感應電爐等，鑄造鋁、銅合金的熔煉設備主要是坩堝爐及感應電爐等。

鑄造合金的澆注

把熔融金屬澆入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注工藝不當會使鑄件產生氣孔、縮孔、冷隔、澆不足、夾渣、裂紋、跑火、粘砂等缺陷。澆注工作組織不當時，還可能發生安全事故。

1.澆注前的準備工作

1)準備澆注包。澆注包是將熔煉爐流出的熔融金屬盛裝，再將金屬液澆入鑄型的容器。澆注包按容量大小可分為端包、抬包和吊包。澆注包的選擇應按鑄件的大小而定。

2)清理通道。澆注時行走的通道不應有雜物擋道，更不能有積水。

3)烘乾用具。烘乾用具可避免澆注包、擋渣勾等用具因潮濕而引起金屬液的飛濺及降溫。

2.澆注時應注意的事項

1)澆注溫度。澆注溫度過低，金屬液的流動性差，鑄件易產生氣孔、冷隔、澆不足等缺陷；澆注溫度過高，鑄件易產生縮孔、裂紋、跑火、粘砂等缺陷。通常情況下，灰鑄鐵的澆注溫度為1230℃～1380℃，鑄鋼的澆注溫度為1520℃～1 620℃，鋁合金的澆注溫度為680℃～780℃；複雜薄壁件取上限。

2)澆注速度。澆注速度太慢，金屬液降溫過多，鑄件易產生夾渣、冷隔、澆不足等缺陷；澆注速度太快，鑄件易產生氣孔、沖砂、抬箱、跑火等缺陷。

3)澆注技術。澆注時應注意扒渣、擋渣和引火。

4)估計好金屬液重量。鑄型應一次澆滿，澆注過程中不能斷流，並應始終保持澆口杯處於充滿狀態。

鑄造合金的用途

適於熔融狀態下充填鑄型獲得一定形狀和尺寸鑄件毛坯的合金。

按基本元素分類有鎳基的、鈷基的和鐵基的。鑄造高溫合金主要用作燃氣渦輪機的渦輪葉片。

在有色金屬合金中，銅合金、鋁合金、鎂合金、鋅合金等都可用於鑄造。有色金屬鑄件廣泛使用於機器製造、航空、汽車、建築等工業中。鑄鋼件在鋼鐵材料的使用中所占份額甚少，鋼鐵廠大多以鋼材形式供貨，因之冶煉廠大多和加工廠設於一地。有色金屬鑄件在有色金屬材料的使用中所占份額很大（有時幾近半數），形成龐大複雜的鑄造合金系列。因之，有色金屬冶煉廠往往以一定化學成分的金屬錠供貨，供後續工序配製各類合金；冶煉廠和加工廠也往往分設。

有色金屬