鑄造工藝的歷史與應(yīng)用(上)

鑄造(founding)
　　鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
　　鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當高的水平。中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。
　　早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩濃厚。那時的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。
　　中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件—晉國鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15～17世紀，德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀的工業(yè)革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期，鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。
　　進入20世紀，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展，保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。
　　在這一時期內(nèi)開發(fā)出大量性能優(yōu)越，品種豐富的新鑄造金屬材料，如球墨鑄鐵，能焊接的可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼，鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等，并發(fā)明了對灰鑄鐵進行孕育處理的新工藝，使鑄件的適應(yīng)性更為廣泛。
　　50年代以后，出現(xiàn)了濕砂高壓造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯，負壓造型以及其他特種鑄造、拋丸清理等新工藝，使鑄件具有很高的形狀、尺寸精度和良好的表面光潔度，鑄造車間的勞動條件和環(huán)境衛(wèi)生也大為改善。
　　20世紀以來鑄造業(yè)的重大進展中，灰鑄鐵的孕育處理和化學(xué)硬化砂造型這兩項新工藝有著特殊的意義。這兩項發(fā)明，沖破了延續(xù)幾千年的傳統(tǒng)方法，給鑄造工藝開辟了新的領(lǐng)域，對提高鑄件的競爭能力產(chǎn)生了重大的影響。
　　鑄造一般按造型方法來分類，習慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造。普通砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化砂型三類。特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類：一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負壓鑄造、泥型鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。
　　鑄造工藝可分為三個基本部分，即鑄造金屬準備、鑄型準備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，習慣上稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。
　　金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過程，使?jié)策M鑄型的金屬，在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此，在熔煉過程中要進行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試，液態(tài)金屬在達到各項規(guī)定指標后方能允許澆注。有時，為了達到更高要求，金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。