材料與成形技術-2

封面第2章鑄造成形

鑄造是液態(tài)金屬成形的方法，鑄造過程是熔煉金屬，制造鑄型，將熔融金屬在重力、壓力、離心力、電磁力等外力場的作用下充滿鑄型，凝固后獲得一定形狀與性能鑄件的生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)金屬零件和毛坯的主要形式之一。與其他零件成形工藝相比，鑄造成形具有生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，幾乎不受零件尺寸大小及形狀結構復雜程度的限制等特點。在材料成形工藝發(fā)展過程中，鑄造是歷史上最悠久的一種工藝，在我國已有6000多年的歷史，目前我國鑄件年產(chǎn)量已超過1000萬噸。由于歷史原因，長期以來，我國的鑄造生產(chǎn)處于較落后狀態(tài)。與當前世界工業(yè)化國家先進水平相比，我國鑄造生產(chǎn)的差距集中在質量和效率上。2.1概述表2-1國內外鑄造生產(chǎn)技術水平的比較比較項目國外國內尺寸精度

氣缸體和汽缸蓋：一般為CT8～CT9與國外差2～4級表面粗糙度Ra

氣缸體和汽缸蓋：<25μm>50μm使用壽命

氣缸套為6000～10000h3000～6000h鑄件廢品率

美、英、法、日約為2%8～15%耗能/噸鑄件360～370kg標準煤(合格鑄件)650kg標準煤勞動生產(chǎn)率65t/人年8t/人年熔煉技術

富氧送風，鐵水溫度>1500℃1400℃造型工藝

廣泛采用流水線，采用高壓造型、射壓造型、和氣沖造型

汽車等行業(yè)采用半自動、自動化流水線鑄造工藝裝備

造型機精度和精度保持能力很高。造型線精度可保持1～2年，設備綜合開工率>80%，裝備全部標準化、系列化、商品化

精度低，精度保持能力差(<半年)。裝備標準化、系列化、商品化程度尚低

鑄件的生產(chǎn)工藝方法中，砂型鑄造應用最為廣泛，占鑄件總產(chǎn)量的80％。傳統(tǒng)上，將有別于砂型鑄造工藝的其他鑄造方法統(tǒng)稱為“特種鑄造”。砂型鑄造可分為手工造型和機器造型兩種，其工藝流程如圖2-1所示。圖2-1砂型鑄造流程圖2.2鑄件形成理論基礎決定某材料是否可鑄造成型，應考慮材料的流動性，收縮性和偏析性，是否合乎要求．流動性：指材料熔融后易于流動，不粘滯的性能。流動性好的材料易于充滿鑄型，能鑄成較薄、較細，形狀復雜的鑄件。收縮性：指材料經(jīng)冷卻后，體積收縮程度的大小，收縮性小的材料冷卻后體積變化小，不易出現(xiàn)疏松、變形、裂紋等缺陷。偏析性：材料冷卻后，各種成分分布的均勻程度。由于合金不是一種成分，如果偏析，冷卻過程中會有一部分先析出，致使材料性能下降，影響強度和加工性能。材料的可鑄性

液態(tài)金屬充滿鑄型，獲得尺寸精確、輪廓清晰的鑄件，取決于充型能力。在液態(tài)金屬充型過程中，一般伴隨結晶現(xiàn)象，若充型能力不足時，在型腔被填滿之前形成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停止流動，于是鑄件將產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷。澆不足使鑄件未能獲得完整的形狀；冷隔時，鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的力學性能嚴重受損。充型能力首先取決于金屬液本身的流動能力，同時又受鑄型性質、澆注條件及鑄件結構等因素的影響。影響充型能力的因素有許多，如表2-2所示。2.2.1金屬的充型表2-2影響充型能力的因素和原因序號影響因素定義影響原因1合金的流動性

液態(tài)金屬本身的流動能力

流動性好，易于澆出輪廓清晰，薄而復雜的鑄件；有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除；易于對鑄件的收縮進行補縮2澆注溫度

澆注時金屬液的溫度

澆注溫度愈高，充型能力愈強3充型壓力

金屬液體在流動方向上所受的壓力

壓力愈大，充型能力愈強。但壓力過大或充型速度過高時，會發(fā)生噴射、飛濺和冷隔現(xiàn)象4鑄型中的氣體

澆注時因鑄型發(fā)氣而形成在鑄型內的氣體

能在金屬液與鑄型間產(chǎn)生氣膜，減小摩擦阻力，但發(fā)氣太大，鑄型的排氣能力又小時，鑄型中的氣體壓力增大，阻礙金屬液的流動5鑄型的蓄熱系數(shù)

鑄型從其中的金屬吸取并存儲在本身中熱量的能力

蓄熱系數(shù)愈大，鑄型的激冷能力就愈強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就愈短，充型能力下降6鑄型溫度

鑄型在澆注時的溫度

溫度愈高，液態(tài)金屬與鑄型的溫差就愈小，充型能力愈強7澆注系統(tǒng)的結構

各澆道的結構復雜情況

結構愈復雜，流動阻力愈大，充型能力愈差8鑄件的折算厚度

鑄件體積與表面積之比

折算厚度大，散熱慢，充型能力好9鑄件復雜程度

鑄件結構復雜狀況

結構復雜，流動阻力大，鑄型充填困難2.2.2鑄件的溫度場

金屬液在鑄型中的凝固和冷卻過程是一個不穩(wěn)定的傳熱過程，鑄件上各點的溫度隨時間下降，而鑄型溫度隨時間上升；鑄件在凝固過程中不斷釋放出結晶潛熱，其斷面上存在固態(tài)外殼、液固態(tài)并存的凝固區(qū)域和液態(tài)區(qū)，在金屬型凝固時還可能出現(xiàn)中間層。因此，鑄件與鑄型的傳熱是通過若干個區(qū)域進行的。2.2.3金屬的凝固

1．金屬的凝固方式

液態(tài)合金的結晶與凝固，是鑄件形成過程的關鍵問題，其在很大程度上決定了鑄件的鑄態(tài)組織及某些鑄造缺陷的形成，冷卻凝固對鑄件質量，特別是鑄件力學性能，起決定性的作用。一般將鑄件的凝固方式分為三種類型：逐層凝固方式、體積凝固（或稱糊狀凝固）方式和中間凝固方式。鑄件的“凝固方式”是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。

1）逐層凝固方式

恒溫下結晶的金屬，在凝固過程中其鑄件斷面上的凝固區(qū)域寬度等于零，斷面上的固相和液相由一條界線（凝固前沿）清楚地分開。隨溫度的下降，固體層不斷加厚，逐步達到鑄件中心，這種情況稱為“逐層凝固”。

2）體積凝固方式

如果合金的結晶溫度范圍很寬，或因鑄件斷面溫度場較平坦，鑄件凝固的某一段時間內，其凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件斷面，而表面溫度尚高，這種情況稱為“體積凝固方式”，或稱“糊狀凝固方式”。

3）中間凝固方式如果合金的結晶溫度范圍較窄，或因鑄件斷面的溫度梯度較大，鑄件斷面上的凝固區(qū)域寬度介于前二者之間時，則屬于“中間凝固方式”。2.2.4合金的收縮、應力及變形

由上述可知，鑄件斷面凝固區(qū)域的寬度是由合金的結晶溫度范圍和溫度梯度兩個量決定的。鑄件的溫度梯度主要取決于：

(1)合金的性質合金的凝固溫度愈低、導熱率愈高、結晶潛熱愈大，鑄件內部溫度均勻化能力愈大，故溫度梯度?。ㄈ缍鄶?shù)鋁合金）。

(2)鑄型的蓄熱能力鑄型蓄熱能力愈強，鑄件溫度梯度愈大。

(3)澆注溫度澆注溫度愈高，因帶入鑄型中熱量增多，鑄件的溫度梯度減小。

1.合金的收縮及影響因素1)收縮鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄件中許多缺陷(如縮孔、縮松、裂紋、變形和殘余應力等)產(chǎn)生的基本原因。為了獲得形狀和尺寸符合技術要求，組織致密的健全鑄件，必須對收縮加以控制。合金的收縮量通常用體收縮率或線收縮率來表示。金屬從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷三個互相聯(lián)系的收縮階段：2)影響收縮的因素

(1)液態(tài)收縮金屬在液體狀態(tài)時的收縮，由于氣體排出；空穴減少；原子間的間距減小。

(2)凝固收縮金屬在凝固過程時的收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮在外部表現(xiàn)皆為體積減小，一般表現(xiàn)為液面降低，因此稱為體積收縮。是縮孔或縮松形成的基本原因。

(3)固態(tài)收縮金屬在固態(tài)過程中的收縮。固態(tài)收縮還引起鑄件外部尺寸的變化，故稱尺寸收縮或線收縮。線收縮對鑄件形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。

(1)化學成分的影響不同的合金，化學成分不同，收縮率也不一樣。比如鑄鋼，隨wC增加，收縮率增大。灰口鑄鐵，隨wC和wSi的增加，則收縮率下降。

(2)澆注溫度的影響澆注溫度升高，合金液態(tài)收縮量增加，故合金總收縮量增大。

(3)鑄件結構和鑄型條件的影響鑄件在鑄型中是受阻收縮而不是自由收縮。阻力來自于鑄型和型芯；鑄件的壁厚不同，各處的冷卻速度不同，冷凝時，鑄件各部分相互制約也會產(chǎn)生阻力。因此鑄件的實際線收縮率比合金的自由線收縮率要小，設計鑄件時，應根據(jù)鑄造合金的種類、鑄件的復雜程度和大小選取適當?shù)木€收縮率。3)縮孔及縮松

鑄件凝固結束后常常在某些部位出現(xiàn)孔洞，大而集中的孔洞稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松?？s孔和縮松可使鑄件力學性能、致密性和物理化學性能大大降低，以至成為廢品，是極其有害的鑄造缺陷之一。集中縮孔易于檢查和修補，便于采取工藝措施防止。但縮松，特別是顯微縮松，分布面廣，既難以補縮，又難以發(fā)現(xiàn)。合金液態(tài)收縮和凝固收縮愈大(如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅等)，收縮的容積就愈大，愈易形成縮孔。合金澆注溫度愈高，液態(tài)收縮也愈大(通常每提高100℃，體積收縮增加1.6%左右)，愈易產(chǎn)生縮孔。純金屬或共晶成分的合金，易形成集中的縮孔。2.鑄造應力及變形

圖2-7鑄造應力與變形

鑄件凝固后繼續(xù)冷卻，若收縮受阻，則在鑄件內會產(chǎn)生鑄造應力。它是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。鑄造應力分為熱應力和收縮應力。

1)熱應力鑄造熱應力引起框架式鑄件的變形過程如圖2-7所示。圖a表示鑄件處于高溫固態(tài)，尚無應力產(chǎn)生。圖b表示鑄件因冷卻開始固態(tài)收縮，兩旁細桿冷卻快，收縮早，受到中間粗桿的限制，將上下梁拉彎。此時，中間粗桿處于壓應力狀態(tài)，兩旁細桿處于拉應力狀態(tài)。圖c表示中間粗桿溫度還比較高，強度較低但塑性較好，產(chǎn)生壓縮塑性變形使熱應力消失。圖d表示兩旁細桿冷至室溫，收縮終止，而中間粗桿冷卻慢，繼續(xù)收縮又受到兩旁細桿的限制。此時，中間粗桿處于拉應力狀態(tài)，兩旁細桿處于壓應力狀態(tài)并失穩(wěn)產(chǎn)生彎曲。3)鑄件的變形

可見，熱應力使鑄件的厚壁或心部受拉應力，薄壁或表層受壓應力。鑄件的壁厚差別愈大，熱應力也就愈大。

2)收縮應力鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口等外力阻礙而產(chǎn)生的應力稱為收縮應力，收縮應力使鑄件產(chǎn)生拉應力或切應力，并是暫時的。在落砂、打斷澆冒口后，這種應力也隨之消失。但是如果在某一瞬間收縮應力和熱應力同時作用超過了鑄件的強度極限時，鑄件將產(chǎn)生裂紋。

帶有殘余應力的鑄件是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地變形使殘余應力減少而趨于穩(wěn)定。如對于厚薄不均勻，截面不對稱及具有細長特點的桿類、板類和輪類等鑄件，當殘余鑄造應力超過一定值時，往往會發(fā)生翹曲變形。3.縮孔、縮松、應力和變形的防止方法

1)防止縮孔、縮松的方法防止鑄件中產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原則是針對該合金的收縮和凝固特點制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，盡可能使縮松轉化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方。這樣，在鑄件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開在最后凝固的地方直接補縮，就可以獲得健全的鑄件。

(1)使縮松轉化為縮孔的方法縮松轉化為縮孔的途徑可從兩方面考慮：①盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于逐層凝固，從根本上解決縮松的生成條件。②對一些凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固溫度梯度的辦法，使合金盡可能地趨向于逐層凝固。

(2)防止縮孔的方法要使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，主要是通過控制鑄件的凝固方向使之符合“定向凝固原則”。

鑄件的定向凝固原則，是采用各種措施保證鑄件結構上各部分，按照遠離冒口的部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身凝固的次序進行，亦即使鑄件上遠離冒口或澆口的部分到冒口或澆口之間建立一個遞增的溫度梯度，鑄件按照定向凝固，能保證縮孔集中在冒口中，獲得致密的鑄件。2)防止應力和變形的方法

鑄造熱應力是由于鑄件壁厚有大小，冷卻有先后，致使鑄件收縮不一致而形成。防止熱應力和變形的方法就是創(chuàng)造一個凝固條件，保證鑄件結構的溫度盡量均勻一致。同時凝固原則是采取工藝措施保證鑄件結構上各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時凝固，消除鑄件熱應力的方法。

同時凝固原則的優(yōu)點是凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應力、變形。缺點是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。2.3砂型鑄造工藝分析

在鑄造生產(chǎn)中，一般根據(jù)產(chǎn)品的結構、技術要求、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件進行工藝設計。2.3.1澆注位置和分型面的確定1.澆注位置選定原則

澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。

(1)鑄件的重要加工面或主要工作面應朝下或位于側面。(2)鑄件的大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注

這是因為金屬液的比重大于砂、渣。澆注時，砂眼氣泡和夾渣往往上浮到鑄件的上表面，所以上表面的缺陷通常比下部要多。同時，由于重力的關系，下部的鑄件最終比上部要致密。因此，為了保證零件的質量，重要的加工面應盡量朝下，若難以做到朝下，應盡量位于側面。

鑄型上表面的大平面經(jīng)常產(chǎn)生夾砂缺陷。這是由于在澆注過程中，高溫的液態(tài)金屬對型腔上表面有強烈的熱輻射，型砂因急劇膨脹和強度下降而拱起或開裂，拱起處或裂口浸入金屬液中，形成夾砂缺陷。同時鑄件的大平面朝下，也有利于排氣、減小金屬液對鑄型的沖刷力。(3)盡量將鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜的位置。

這能增加薄壁處金屬液的壓強，提高金屬液的流動性，防止薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷，如圖2-15所示。圖2-15大面積薄壁鑄件澆注位置(4)熱節(jié)處應位于分型面附近的上部或側面，以便安放冒口，實現(xiàn)定向凝固，進行補縮。

(5)便于型芯的固定和排氣，能減少型芯的數(shù)量。2.分型面的選擇原則

分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。一般說來，分型面在確定澆注位置后再選擇。但是，分析各種分型面的利、弊之后，可能再次調整澆注位置。分型面的選擇在很大程度上影響著鑄件的質量(主要是尺寸精度)、成本和生產(chǎn)率。分型面的選擇要在保證鑄件質量的前提下，盡量簡化工藝，節(jié)省人力物力，因此需考慮以下幾個原則：

(1)保證模樣能從型腔中順利取出，因此分型面應設在鑄件最大截面處。

(2)應使鑄件有最少的分型面，并盡量做到只有一個分型面這是因為：①多一個分型面多一份誤差，使精度下降；②分型面多，造型工時多，生產(chǎn)率下降；③機器造型只能兩箱造型，故分型面多，不能進行大批量生產(chǎn)。(3)應使型芯和活塊數(shù)量盡量減少。(4)應使鑄件全部或大部分放在同一砂型，否則錯型時易造成尺寸偏差。(5)應盡量使加工基準面與大部分加工面在同一砂型內以使鑄件的加工精度得以保證。(6)應盡量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及檢驗。(7)應盡量使用平直分型面，以簡化模具制造及造型工藝，避免挖砂。(8)應盡量使鑄型總高度為最低這樣不僅節(jié)約型砂，而且還能減輕工作量，對機器造型有較大的經(jīng)濟意義。2.3.2主要工藝參數(shù)

1.鑄件尺寸公差

鑄件尺寸公差取決于鑄件設計要求的精度、機械加工要求、鑄件大小和批量、采用的鑄造合金種類、鑄造設備及工裝、鑄造工藝方法等。鑄件公差等級由低向高遞增方向為：砂型手工造型→砂型機器造型及殼型鑄造→金屬型鑄造→低壓鑄造→壓力鑄造→熔模鑄造。2.鑄件質量公差

3.鑄件加工余量

鑄件需要加工的表面都要留加工余量(MA)。加工余量數(shù)值根據(jù)選擇的鑄造方法、合金種類、生產(chǎn)批量和鑄件基本尺寸大小來確定。4.鑄造收縮率

鑄件由于凝固、冷卻后的體積收縮，其各部分尺寸均小于模樣尺寸。為保證鑄件尺寸要求，需在模樣(芯盒)上加一個收縮的尺寸。加大的這部分尺寸稱為收縮量，一般根據(jù)鑄造收縮率來定。鑄造收縮率K定義如下：式中：L模──模樣尺寸；

L件──鑄件尺寸。5.鑄型起模斜度圖2-22鑄型起模斜度

為了起模方便又不損壞砂型，凡垂直于分型面的壁上留有起模斜度，如圖2-22所示。6.最小鑄出孔(不鑄孔)和槽

鑄件中較大的孔、槽應當鑄出，以減少切削量和熱節(jié)，提高鑄件力學性能。較小的孔和槽不必鑄出，留待以后加工更為經(jīng)濟。表2-4鑄件最小鑄出孔尺寸批量單件小批中等批量大批生產(chǎn)尺寸/mm30～5015～3012～152.3.3鑄造工藝圖的制定

鑄造工藝圖是鑄造過程最基本和最重要的工藝文件之一，它對整體工藝流程起著指導和依據(jù)的作用。鑄造工藝圖是將各種簡明的工藝符號，標注在產(chǎn)品零件圖上的圖樣?？蓮囊韵聨追矫孢M行分析：

①分型面和分模面；②澆注位置、澆冒口的位置、形狀、尺寸和數(shù)量；③工藝參數(shù)；④型芯的形狀、位置和數(shù)目，型芯頭的定位方式和安裝方式；⑤冷鐵的形狀、位置、尺寸和數(shù)量；⑥其他。

2.4鑄件的結構設計

鑄件的結構設計合理與否，對鑄件的質量、生產(chǎn)率以及成本有很大的影響。鑄件的結構包括：鑄件外形、內腔、壁厚、壁與壁的連接及加強肋、凸臺、法蘭等。常見鑄件結構的設計如表2-5所示。

表2-5常見鑄件結構的設計名稱不合理結構合理結構設計理由鑄件外形的設計

盡量避免曲面分型，以避免挖砂造型續(xù)表名稱不合理結構合理結構設計理由鑄件外形的設計

對凸臺、肋條及法蘭設計時，應便于起模，避免不必要的型芯和盡量少用活塊

盡量使鑄件有最少的分型面

應設計結構斜度續(xù)表名稱不合理結構合理結構設計理由鑄件外形的設計

應避免水平放置較大的平面

細長件或大而薄的平板件要防止彎曲

避免鑄件收縮受阻續(xù)表名稱不合理結構合理結構設計理由鑄件內腔的設計

應盡量不用或少用型芯

型芯必須安裝方便、穩(wěn)固可靠，排氣通暢

必須考慮清砂便利續(xù)表名稱不合理結構合理結構設計理由鑄件壁的設計

鑄件壁厚應盡可能均勻

鑄件壁應有圓角過渡

避免交叉和銳角連接2.5砂型鑄造方法2.5.1氣動微振壓實造型

砂型鑄造方法主要有手工造型和機器造型兩大類。手工造型是用手工或手動工具完成緊砂、起模、修型的工序。其特點是：①操作靈活，可按鑄件尺寸、形狀、批量與現(xiàn)場生產(chǎn)條件靈活地選用具體的造型方法；②工藝適應性強；③生產(chǎn)準備周期短；④生產(chǎn)效率低；⑤質量穩(wěn)定性差，鑄件尺寸精度、表面質量較差；⑥對工人技術要求高，勞動強度大。主要應用于單件、小批生產(chǎn)或難以用造型機械生產(chǎn)的形狀復雜的大型鑄件生產(chǎn)中。機器造型的實質是用機器進行緊砂和起模，根據(jù)緊砂和起模的方式不同，有各種不同種類的造型機。

氣動微振壓實造型是采用振動(頻率150~500Hz，振幅25~80mm)－壓實－微振(頻率400~3000Hz，振幅5~10mm)緊實型砂的。氣動微振壓實造型的特點為：圖2-27氣動微振壓實造型機緊砂原理圖

(1)緊實效果好?？稍趬簩嵧瑫r進行微振，從而促進型砂流動，獲得緊實度較高且均勻的砂型。

(2)工作適應性強。可根據(jù)鑄件形狀特點選擇不同的緊實方式；型腔深窄、砂型緊實度要求高時采用預振加壓振方式；型腔平坦時采用壓振方式以提高生產(chǎn)率；鑄件不高、形狀簡單時只用單純壓實方式以便消除振擊噪聲。

(3)生產(chǎn)率較高。達到適宜的砂型緊實度所需的時間較短。

(4)對機器地基要求較低。該法的缺點是振擊噪音大，砂箱、模板的定位銷和銷套磨損較快。2.5.2高壓造型

高壓造型一般指壓實比壓超過0.7MPa的機器造型，壓實機構以液壓為動力加砂。

多觸頭由許多可單獨動作的觸頭組成，。使用較多的是彈簧復位浮動式多觸頭，如圖2-29所示。以適應不同形狀的模樣，使整個型砂得到均勻的緊實度。多觸頭高壓造型通常也配備氣動微振裝置，以便增加工作適應能力。

1.多觸頭高壓造型圖2-29多觸頭高壓造型2.垂直分型無箱造型

在造型、下芯、合型及澆注過程中，鑄型的分型面呈垂直狀態(tài)(垂直于地面)的無箱造型法稱為垂直分型無箱造型。其工藝過程如圖2-30所示，由射砂壓實、起模Ⅰ、合型、起模Ⅱ

、關閉造型室等過程所組成。它主要適用于大批大量的中小型鑄件的生產(chǎn)。垂直分型無箱造型工藝的優(yōu)點是：

(1)采用射砂填砂又經(jīng)高壓壓實砂型硬度高且均勻、鑄件尺寸精確、表面粗糙度值低。

(2)無需砂箱節(jié)約了有關砂箱的一切費用。

(3)一塊砂型兩面成形既節(jié)約型砂，生產(chǎn)率又高。

(4)可使造型、澆注、冷卻、落砂等設備組成簡單的直線系統(tǒng)，占地省。圖2-30DISA垂直分型無箱造型機工藝過程2.5.3真空密封造型

真空密封造型又稱真空薄膜造型、減壓造型或V法，適用于生產(chǎn)薄壁、面積大、形狀不太復雜的扁平鑄件。真空密封造型原理：真空密封造型是在特制砂箱內充填無水無粘結劑的型砂，用薄而富有彈性的塑料薄膜將砂箱密封后抽成真空，借助鑄型內外的壓力差(約40kPa)使型砂緊實和成形。該法的優(yōu)點是：

(1)鑄件尺寸精確能澆出2~3mm的薄壁部分。

(2)鑄件缺陷少，廢品率可控制到1.5%以下。

(3)砂型成本低，損耗少，回用率在95%以上。

(4)工作環(huán)境比較好，噪聲小、粉塵少，勞動強度低。缺點是：對形狀復雜、較高的鑄件覆膜成形困難，工藝裝備復雜，造型生產(chǎn)率比較低。

2.5.4氣流沖擊造型

氣流沖擊造型簡稱氣沖造型，是一種新的造型方法。其原理是利用氣流沖擊，使預填在砂箱內的型砂在極短的時間內完成沖擊緊實過程。氣沖造型分低壓氣沖造型和高壓氣沖造型兩種，低壓氣沖造型應用較多。氣沖造型的優(yōu)點是砂型緊實度高且分布合理，透氣性好，鑄件精度高，表面粗糙度值低，工作安全、可靠、方便；缺點是砂型最上部約30mm的型砂達不到緊實要求，因而不適用于高度小于150mm的矮砂箱造型，工裝要求嚴格，砂箱強度要求高。

氣沖緊實過程可分成兩個階段。

(1)型砂自上而下加速并初步緊實階段在頂部氣壓迅速提高的作用下，表面層型砂上下產(chǎn)生很大的氣壓差，使表面層型砂緊實度迅速提高，形成一初實層。在氣壓的推動下，初實層如同一塊高速壓板，以很大的速度向下移動，使下面的砂層加速并初步緊實。

(2)沖擊緊實階段初實層繼續(xù)向下移動和擴展，型砂的緊實前鋒很快到達模板，與模板發(fā)生沖擊。在沖擊處，砂層運動突然滯止，產(chǎn)生巨大的沖擊力，使靠近模板的一層緊實度劇烈提高。隨后，沖擊向上發(fā)展，型砂由下而上逐層滯止，直到砂層頂部為止。1.氣沖緊實原理2.5.5消失模造型1.鑄造原理和工藝過程

消失模鑄造（EPC）是美國的專利技術，又稱實型鑄造和氣化模鑄造，其原理是用泡沫聚苯乙烯塑料模樣（包括澆冒口）代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆入金屬液，在灼熱液態(tài)金屬的熱作用下，泡沫塑料氣化、燃燒而消失，金屬液取代了原來泡沫塑料模所占的空間位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。消失模鑄造工藝過程如圖2-34所示。

消失模鑄造主要用于形狀結構復雜，難以起?；蚧顗K和外型芯較多的鑄件。與普通鑄造相比，具有以下優(yōu)點：工序簡單、生產(chǎn)周期短、效率高，鑄件尺寸精度高(造型后不起模、不分型，沒有鑄造斜度和活塊)，增大了鑄件設計的自由度，簡化了鑄造生產(chǎn)工序，降低了勞動強度。。2.鑄造特點和應用范圍圖2-34消失模鑄造工藝過程示意圖表2-6美國消失模鑄造情況（生產(chǎn)和增長速度）應用產(chǎn)量/（kt/年）（1997年）增長速度（1994~1997年）/%增長速度（1997~2000年）/%轎車82.6971352載貨汽車5.11044232造船業(yè)8.4636543管件11.057163200機床7.018615一般工業(yè)7.1051945其他19.02660168總計140.67627832.5.6冷凍造型

冷凍造型法又稱為低溫硬化造型法。其造型過程是采用普通石英砂作為骨架材料，加入少量的水，必要時還加入少量的粘土，按普通造型方法制好鑄型后送入冷凍室中，用液態(tài)氮或二氧化碳作為制冷劑，使鑄型冷凍，借助于包覆在砂粒表面的冷凍水分而實現(xiàn)砂粒的結合，使鑄型具有很高的強度及硬度。澆注時，鑄型溫度升高，水分蒸發(fā)，鑄型逐步解凍，稍加振動立即潰散，可方便地取出鑄件。與其他造型方法相比，冷凍造型法具有以下特點：

(1)型砂中除少量的水及粘土外，無其他輔助材料，鑄件的清理落砂方便，舊砂回用方便，砂處理設備簡單。

(2)鑄造過程產(chǎn)生的粉塵及有害氣體少，勞動保護條件好，環(huán)境污染小。

(3)鑄型強度高、硬度大、透氣性好，鑄件表面粗糙度值低、缺陷少。2.6特種鑄造2.6.1金屬型鑄造

用鑄鐵、碳鋼或低合金鋼等金屬材料制成鑄型，在重力作用下，金屬液充填金屬型型腔，冷卻成形而獲得鑄件的工藝方法稱為金屬型鑄造，也稱為硬模鑄造、永久型鑄造、冷硬鑄造等。表2-8金屬型鑄造特點金屬型特點鑄件成形過程特點對鑄件的影響無退讓性

鑄件在凝固過程中，受阻較大，難以自由收縮

鑄件內應力大，易產(chǎn)生裂紋無透氣性

金屬液在充填過程中，受型內氣體阻礙，不易充滿

在金屬液匯合處、對流處或鑄型凹入的死角，易產(chǎn)生澆不足缺陷導熱快

金屬冷卻速度快，在金屬型傳熱系統(tǒng)中，中間層是控制冷卻速度的關鍵

鑄件晶粒細小，組織致密，表面光潔，力學性能好

金屬型鑄造液態(tài)金屬耗用量少，勞動條件好，便于機械化和自動化生產(chǎn)，適用于大批生產(chǎn)有色合金鑄件，如鋁合金活塞、氣缸體、銅合金軸瓦軸套等，故廣泛用于發(fā)動機、儀表、農(nóng)機等工業(yè)，發(fā)展很快。2.6.2離心鑄造

離心鑄造是將金屬液澆入旋轉的鑄型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法。1.離心鑄造的分類

根據(jù)鑄型旋轉軸線在空間的位置，常見的離心鑄造可分為兩種：

(1)臥式離心鑄造鑄型的旋轉軸線處于水平狀態(tài)或與水平線夾角很?。?lt;4°）時的離心鑄造。如圖2-37所示為三種離心鑄造示例。圖2-37三種臥式離心鑄造圖2-38兩種立式離心鑄造(2)立式離心鑄造鑄型的旋轉軸線處于垂直狀態(tài)時的離心鑄造稱為立式離心鑄造，如圖2-38所示為兩種立式離心鑄造示例。2.離心鑄造的特點

與砂型鑄造相比，離心鑄造的優(yōu)缺點如下：

(1)鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，故力學性能較好；

(2)生產(chǎn)中空鑄件時可不用型芯，故在生產(chǎn)長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力，降低鑄件壁厚對其長度或直徑的比值，簡化套筒和管類鑄件的生產(chǎn)過程；

(3)生產(chǎn)中幾乎沒有澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的金屬消耗，提高工藝出品率；

(4)便于制造筒、套類復合金屬鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；

(5)鑄造成形鑄件時，可借離心力提高金屬的充型能力，故可生產(chǎn)薄壁鑄件，如葉輪、金屬假牙等；

(6)對合金成分不能互溶或凝固初期析出物的密度與金屬液基體相差較大時，易形成密度偏析；

(7)鑄件內孔表面較粗糙，其尺寸不易正確控制；

(8)用于生產(chǎn)異型鑄件時有一定的局限性。3.離心鑄造應用范圍

離心鑄造應用較廣，用離心鑄造法生產(chǎn)產(chǎn)量很大的鑄件有以下幾種：

(1) 鐵管，世界上每年球墨鑄鐵管件總產(chǎn)量的近一半是用離心鑄造法生產(chǎn)的；

(2) 柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機的氣缸套。

(3) 各種類型的銅套。

(4) 雙金屬鋼背銅套、各種合金的軸瓦。

(5) 造紙機滾筒。

幾乎一切鑄造合金都可以用于離心鑄造生產(chǎn)，鑄件的最小內徑可為8mm，最大直徑達2600mm，最大長度為8m，鑄件的重量可為數(shù)克至數(shù)十噸。2.6.3壓力鑄造1.鑄造原理和工藝循環(huán)

壓力鑄造是在高壓的作用下，以很高的速度把液態(tài)或半液態(tài)金屬壓入壓鑄模型腔，并在壓力下快速凝固而獲得鑄件的鑄造方法。2.壓鑄機分類與比較

壓鑄機按其工作原理結構形式分為冷壓式壓鑄機（有臥式、立式、全立式三種）和熱壓式（有普通熱室、臥式熱室兩種）壓鑄機。冷室壓鑄機的壓室和熔爐是分開的，壓鑄時要從保溫爐中舀取金屬液倒入壓室內，再進行壓鑄。

熱室壓鑄機的壓室與合金熔化爐聯(lián)成一體，壓室浸在保溫坩堝的液體金屬中，壓射機構裝在坩堝上面，用機械機構或壓縮空氣所產(chǎn)生的壓力進行壓鑄，圖2-41為熱室壓鑄機工作原理示意圖。圖2-41熱室壓鑄機工作原理示意圖3.鑄造特點

壓力鑄造的基本特點是高壓高速，壓力從幾兆帕到幾十兆帕，甚至高達500MPa，高速（從10～120m/s），以極短的時間（0.01～0.2s）填充鑄型。壓力鑄造的特點如下：

(1)生產(chǎn)率高，可實現(xiàn)機械化或自動化，經(jīng)濟效果好，大批生產(chǎn)時壓鑄成本低，鑄件產(chǎn)量在3000件以上時可考慮采用；

(2)生產(chǎn)適用性好，能生產(chǎn)出從簡單到相當復雜的鑄件，并可生產(chǎn)中間鑲嵌其他金屬的鑄件，能直接鑄出齒形和螺紋，壓鑄件的重量從幾克到數(shù)十公斤；

(3)產(chǎn)品質量好，具有較高的尺寸精度和表面質量，力學性能好，尺寸穩(wěn)定性好，互換性好，輪廓清晰，適用于大量生產(chǎn)有色合金的小型、薄壁、復雜鑄件。

(4)普通壓鑄法生產(chǎn)的鑄件易產(chǎn)生氣孔。

(5)壓力鑄造設備投資大，壓鑄模制造復雜，周期長，費用大，一般不宜于小批生產(chǎn)。壓力鑄造是所有鑄造方法中生產(chǎn)速度最快的一種方法，應用很廣，發(fā)展很快。廣泛用于汽車、儀表、航空、航天、電器及日用品鑄件；以鋁、鋅、鎂材料為主。壓力鑄造的發(fā)展

由于壓力鑄造是在極短的時間內完成充型過程的，很容易造成氣體的卷入而影響壓鑄件的質量。為此發(fā)展了新的工藝。

(1)加氧壓力鑄造。是在鋁金屬液充填型腔之前，用氧氣充填壓室和型腔，以取代其中的空氣和其他氣體。其特點是：充型時滯留在金屬液中的氧氣會與金屬液產(chǎn)生金屬氧化物，從而消除或減少了氣孔，提高鑄件的質量；結構簡單，操作方便，投資少。

(2)真空壓力鑄造。是先將壓鑄型腔內空氣抽除，然后再壓入液體金屬。其特點是：可消除或減少壓鑄件內部的氣孔，提高鑄件的力學性能和表面質量。其缺點是：密封結構復雜，制造和安裝較困難。

(3)壓力鑄造計算機控制和柔性制造單元。

壓鑄生產(chǎn)中對壓鑄過程的壓射速度、壓射力、增壓時間及對自動化裝置（噴涂、澆注、取件裝置等）采用計算機控制，以滿足多品種小批量生產(chǎn)的要求，提高生產(chǎn)率和穩(wěn)定鑄件質量。在此基礎上又發(fā)展了壓鑄柔性加工單元（FMC），即在其規(guī)定的范圍內，按照預先確定的工藝方案，生產(chǎn)各種零件的控制過程，其核心技術是快速更換模具和與之相關的其他零部件。2.6.4低壓鑄造

低壓鑄造是介于一般重力鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。

1.鑄造原理和工藝過程澆注時金屬液在低壓（20～60kPa）作用下，由下而上地填充鑄型型腔，并在壓力下凝固而形成鑄件的一種工藝方法。低壓鑄造的工藝過程如圖2-47所示。圖2-47低壓鑄造工藝過程3.鑄造特點和應用范圍

(1)金屬液充型平穩(wěn)，充型速度可根據(jù)需要調節(jié)；在壓力下充型，流動性增加，有利于獲得輪廓清晰的鑄件；

(2)由下而上充型，金屬液潔凈，夾雜和氣孔少，鑄件合格率高；

(3)在壓力下凝固，可得到充分的補縮，故鑄件致密，力學性能好；

(4)澆注系統(tǒng)簡單，可減少或省去冒口，故工藝出品率高；

(5)對合金的牌號適應范圍廣，不僅適用非鐵金屬，也可用于鑄鐵鑄鋼；

(6)易實現(xiàn)機械化和自動化，與壓鑄相比，工藝簡單，制造方便，投資少，占地少。表2-10低壓鑄造應用范圍舉例應用的合金鋁合金、銅合金、鑄鐵、球鐵、鑄鋼應用的鑄型砂型、金屬型、殼型、石膏型、石墨型應用的產(chǎn)品汽車、拖拉機、船舶、摩托車、汽油機、機車車輛、醫(yī)療機械、儀表等應用的零件舉例鋁合金鑄件：消毒缸、曲軸箱殼、氣缸蓋、活塞、飛輪、輪轂、座架、氣缸體、葉輪等銅合金鑄件：螺旋漿、軸瓦、銅套、銅泵體等鑄鐵件：柴油機缸套、球鐵曲軸等鑄鋼件：曲拐2.6.5熔模鑄造

熔模鑄造又稱失蠟鑄造、熔模精密鑄造、包模精密鑄造，是精密鑄造法的一種。型殼熔模鑄造工藝如圖2-48所示，用易熔材料(蠟或塑料等)制成精確的可熔性模型,并進行蠟模組合，涂以若干層耐火涂料，經(jīng)干燥、硬化成整體型殼，加熱型殼熔失模型，經(jīng)高溫焙燒而成耐火型殼，在型殼中澆注鑄件。圖2-48型殼熔模鑄造過程示意圖

熔模鑄造有以下特點：

(1) 尺寸精度高。表面粗糙度低。

(2) 適用于各種鑄造合金、各種生產(chǎn)批量。尤其在難加工金屬材料如鑄造刀具，渦輪葉片等生產(chǎn)中應用較廣。

(3) 可以鑄造形狀復雜的鑄件。熔模鑄件的外形和內腔形狀幾乎不受限制，可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復雜的零件。而且可以使一些焊接件、組合件在稍進行結構改進后直接鑄造出整體零件。(4) 可以鑄造出各種薄壁鑄件及重量很小的鑄件。其最小壁厚可達0.5mm，最小孔徑可以小到φ0.5mm，重量可以小到幾克。

(5) 生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)周期長，鑄件不能太大。

殼法造型法用酚醛樹脂作粘結劑，配制的型（芯）砂稱為覆膜砂，象干砂一樣松散。圖2-49殼法造型法示意圖2.6.6殼型鑄造

鑄造生產(chǎn)中，砂型（芯）直接承受液體金屬作用的只是表面一層厚度僅為數(shù)毫米的砂殼，其余的砂只起支撐這一層砂殼的作用。若只用一層薄殼來制造鑄件，將減少砂處理的大量工作，并能減少環(huán)境污染。

殼法造型、芯的優(yōu)點是混制好的覆模砂可以長期儲存（三個月以上），無需搗砂，能獲得尺寸精確的型、芯；型、芯強度高，易搬運；透氣性好，可用細的原砂得到光潔的鑄件表面；無需砂箱；覆模砂消耗量小。但酚醛樹脂覆模砂價格較貴，造型、造芯耗能較高。

2.6.7陶瓷型鑄造

陶瓷型鑄造的基本原理是：以耐火度高、熱膨脹系數(shù)小的耐火材料為骨料，用經(jīng)過水解的硅酸乙酯作為粘結劑而配制成的陶瓷型漿料，在堿性催化劑的作用下，用灌漿法成形，經(jīng)過膠接，噴燃和燒結等工序，制成光潔、細致、精確的陶瓷型。陶瓷型兼有砂型鑄造和熔模鑄造的優(yōu)點，即操作及設備簡單，型腔的尺寸精度高、表面粗糙度值低。在單件小批生產(chǎn)的條件下，鑄造精密鑄件，鑄件重量從幾千克到幾克。生產(chǎn)率較高，成本低，節(jié)省機加工工時。

陶瓷型可用來制造各類成形模具，模具工作面上可鑄出復雜、光滑的花紋，尺寸精確，模具的耐蝕性和工作壽命較高。也可用陶瓷型鑄造法生產(chǎn)一般機械零件，如螺旋壓縮機轉子、內燃機噴嘴、水泵葉輪、船用螺旋漿等等。2.6.8磁性鑄造

磁性鑄造是德國在研究消失模鑄造的基礎上發(fā)明的鑄造方法，其實質是采用鐵丸代替型砂及型芯砂，用磁場作用力代替鑄造粘結劑，用泡沫塑料消失模代替普通模樣的一種新的鑄造方法。與砂型鑄造相比，它提高了鑄件質量，因與消失模鑄造原理相似，其質量與消失模鑄造相同，同時比消失模鑄造更減少了鑄造材料的消耗。經(jīng)常用于自動化生產(chǎn)線上，可鑄材料和鑄件大小范圍廣，常用于汽車零件等精度要求高的中小型鑄件生產(chǎn)。2.6.9石墨型鑄造

石墨型鑄造是用高純度的人造石墨塊經(jīng)機械加工成形或以石墨砂作骨架材料添加其他附加物制成鑄型，澆注凝固后獲得鑄件的一種工藝方法。它與砂型、金屬型鑄造相比，鑄件晶粒細化，力學性能提高；由于石墨的熱化學穩(wěn)定性好，熔融金屬與鑄型接觸時一般不發(fā)生化學作用，鑄件表面質量好；石墨型受熱尺寸變化小，不易發(fā)生彎曲、變形，故鑄件尺寸精度高；石墨型的壽命達2~5萬次，勞動生產(chǎn)率比砂型提高2~10倍。2.6.10真空吸鑄圖2-53真空吸鑄示意圖

真空吸鑄是使型腔內造成負壓使金屬液充型凝固的鑄造方法。

1.工藝過程

真空吸鑄基本工藝過程如圖2-52所示。裝結晶器型腔上涂料結晶器下口浸入金屬液型腔接通真空，金屬液充型保持一段時間卸除型腔真空自金屬液中提起結晶器脫出鑄件圖2-52真空吸鑄工藝過程2.鑄造原理

如圖2-53所示，將結晶器的下端浸入金屬液中，抽氣使結晶器型腔內造成一定的真空，金屬液被吸入型腔一定的高度，受循環(huán)水冷卻的結晶器產(chǎn)生激冷，金屬液由外向內迅速凝固，形成實心或空心的鑄件。2.6.11差壓鑄造84(1) 鑄件不易產(chǎn)生氣孔、縮孔、夾雜等缺陷。

(2) 鑄件晶粒細小，組織致密，力學性能好。

(3) 無澆注系統(tǒng)的金屬液損失，但有結晶器口粘附金屬的損失，工藝出品率高；

(4) 生產(chǎn)過程機械化，生產(chǎn)率高。

(5) 鑄件外形尺寸精確，內孔尺寸靠凝固時間控制，尺寸精度低，表面粗糙不平。4.應用范圍

真空吸鑄通常生產(chǎn)直徑120mm以下的圓筒、圓棒類鑄件等，它們可以加工成各種螺母、螺桿、軸套和軸類零件。真空吸鑄廣泛用于生產(chǎn)各種銅合金鑄件，對于鋁合金、鋅合金等鑄件的真空吸鑄正在發(fā)展中。

差壓鑄造又稱反差鑄造，用于汽車發(fā)動機輪轂等質量要求高的鑄件。其實質是使液態(tài)金屬在壓差的作用下，澆注到預先有一定壓力的型腔內，凝固后獲得鑄件的一種工藝方法。3.鑄造特點2.6.12半固態(tài)金屬流變鑄造

差壓鑄造裝置工作原理是：澆注前密封室內有一定的壓力（或真空度），然后借往密封室A中加壓或由密封室B減壓，使A、B室之間形成壓力差，進行升液、充型和結晶。差壓鑄造的特點為充型速度可以控制；鑄件充型性好，表面質量高，；鑄件晶粒細，組織致密，力學性能好；可以實現(xiàn)可控氣氛澆注，提高了金屬的利用率；勞動條件好。

半固態(tài)金屬加工技術屬于前沿性加工技術。金屬在凝固過程中，進行強烈攪拌或通過控制凝固條件，抑制樹枝晶的生成或破碎所生成的樹枝晶，可形成具有等軸、均勻、細小的初生相均勻分布于液相中的懸浮半固態(tài)漿料。這種漿料在外力作用下即使固相率達到60％仍具有較好的流動性?？衫脡鸿T、擠壓、模鍛等常規(guī)工藝進行加工，這種工藝方法稱為半固態(tài)金屬加工技術。

SSM鑄造成形的主要工藝路線有兩條：一條是將獲得的半固態(tài)漿料在其半固態(tài)溫度的條件下直接成形，通常稱作流變鑄造或流變加工；另一條是將半固態(tài)漿料制備成坯料，根據(jù)產(chǎn)品尺寸下料，再重新加熱到半固態(tài)溫度后加工成形，通常稱為觸變成形或觸變鑄造。對觸變成形，由于半固態(tài)坯料便于輸送，易于實現(xiàn)自動化，因而在工業(yè)中較早得到推廣。對于流變鑄造，由于將攪拌后的半固態(tài)漿料直接成形，具有高效、節(jié)能、短流程的特點，近年來發(fā)展很快。

半固態(tài)金屬鑄造成形具有以下優(yōu)點：

(1)充型平穩(wěn)；加工溫度較低，模具壽命大幅提高；凝固時間短，生產(chǎn)率高。

(2)鑄件表面平整光滑，內部組織致密，氣孔和偏析少；晶粒細小，力學性能接近鍛件。

(3)凝固收縮小，尺寸精度高，可實現(xiàn)凈成形、凈終成形加工。

(4)流動應力小，成形速度高，可成形十分復雜的零件。

(5)適宜于鑄造鋁、鎂、鋅、鎳、銅合金和鐵碳合金，尤其適宜于鋁、鎂合金。

SSM鑄造成形技術在全世界應用日益廣泛，目前，美國、意大利、瑞士、法國、英國、德國、日本等國家處于領先地位。2.6.13現(xiàn)代整體精鑄及快速凝固成形技術

1.現(xiàn)代整體精鑄成形技術

鋁、鈦和鋼的大型、復雜、薄壁件現(xiàn)代精鑄技術是20世紀70年代根據(jù)航空工業(yè)需要而發(fā)展起來的新技術。該技術的發(fā)展大大推動了飛機和發(fā)動機整體結構的發(fā)展。美國GE公司的GET700發(fā)動機前驅動渦輪發(fā)動機上的整體導向器，原設計由多個鑄件組裝而成，密封性差，現(xiàn)改為由72個葉片與薄壁噴管連在一起的整體精鑄件，不但解決了密封問題，而且大大減少了加工和裝配工作量，降低了成本，減輕了重量。美國用此整體精鑄技術一年就生產(chǎn)了幾千個渦輪增壓器整體渦輪。這些精鑄技術在提高飛機發(fā)動機可靠性，簡化生產(chǎn)程序，降低結構重量和制造成本方面都取得了明顯的技術經(jīng)濟效益。

2.快速凝固成形技術

目前國外在加速研制更高冷卻效果的定向單晶鑄造的空心渦輪葉片和快速凝固渦輪葉片，可使戰(zhàn)斗機攜帶武器總質量增加兩倍，壽命提高一倍。其原理是使液態(tài)金屬的熱量沿一定的方向排出，或通過對液態(tài)金屬施行某方向的快速凝固，從而使晶粒的生長（凝固）向一定的方向進行，最終獲得具有單方向晶粒組織鑄件的一種工藝方法。由于冷卻及控制技術的不斷進步，使熱量排出的強度及方向性不斷提高，從而使固液界面前沿液相中的溫度梯度增大，這不僅使晶粒生長的方向性提高，而且組織更細長、挺直，并延長了定向區(qū)。由于沿定向生長的組織力學性能優(yōu)異，使葉片工作溫度大幅提高，從而使發(fā)動機工作性能提高。利用定向凝固技術制取的單晶體鑄件，如單晶渦輪葉片，比一般定向凝固柱狀晶葉片具有更高的工作溫度、抗熱疲勞強度、抗蠕變強度和耐腐蝕性能。

快速凝固技術是在比常規(guī)工藝條件下的冷卻速度（10－4～10K/s）快得多的冷卻條件（103～109K/s）下，使液態(tài)合金轉變?yōu)楣虘B(tài)的工藝方法。它使合金材料具有優(yōu)異的組織和性能，如很細的晶粒，合金無偏析缺陷、材料的高強度、高韌性等。快速凝固技術甚至可以使液態(tài)金屬脫開常規(guī)的結晶過程（形核和生長），直接形成非晶結構的固體材料，即所謂的金屬玻璃。2.6.14鑄件成形過程數(shù)值模擬

鑄件成形過程數(shù)值模擬是在虛擬的計算機環(huán)境下，模擬仿真出研究對象的特定過程，分析有關影響因素，預測該過程可能的趨勢和結果，從而不需要現(xiàn)場試生產(chǎn)，就能制定合理的鑄造工藝，大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。鑄件成形過程數(shù)值模擬的主要研究內容有：

(1)溫度場模擬利用傳熱學原理，分析鑄件的傳熱過程，模擬鑄件的冷卻凝固進程，預測縮孔、縮松等缺陷。

(2)流動場模擬利用流體力學原理，分析鑄件的充型過程，可以優(yōu)化澆注系統(tǒng)，預測卷氣、夾渣、沖砂等缺陷。

(3)流動與傳熱耦合計算利用流體力學與傳熱學原理，在模擬充型的同時，計算傳熱，可以預測澆不足、冷隔等缺陷