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金属铸造是一种重要的金属成型工艺将固体金属加热至液态，然后将其倒入特定形状的模具中。冷却和凝固后，获得所需形状的铸件。该工艺广泛应用于机械制造、航空航天、水电等众多领域。然而，在这个复杂而微妙的过程背后，一个关键问题一直吸引着工程师和材料科学家的注意：金属铸造使用什么材料，这些材料如何决定铸件的性能和用途？

本文旨在深入探讨核心金属铸造中使用的材料，从传统的铸钢和铸铁到现代广泛使用的铸铝和铸铜，甚至特殊合金和复合材料。每种材料的选择和应用都包含着深厚的科学原理和工程实践智慧。我们将分析这些材料在铸造过程中的成分、特性和行为，揭示它们如何影响铸件的最终性能，以及如何通过材料选择和优化实现铸造性能和成本之间的最佳平衡。

什么是金属铸造？

金属铸造是一种制造工艺这涉及将熔融金属倒入模具中以制造3D 金属零件.模具包含所需几何形状的型腔，熔融金属冷却以形成凝固零件。
“铸造”一词也是指通过铸造工艺制成的零件，其历史可以追溯到 6,000 年前。从历史上看，铸造工艺被用于制造复杂的大型零件，而使用其他制造工艺制造这些零件将很困难或成本很高。

铸造是复杂几何形状的首选因为它更具成本效益，并且与 CNC 加工相比，过程更简单。但铸造也因其快速的周转时间和庞大的生产能力而广泛用于最简单的形状。今天，铸造产品的使用如此广泛，无论您身处何种环境，都无法避免使用铸造产品。铸造金属产品的一些示例包括发动机缸体、消防栓、电动机、工具、交通灯、检修孔、管道、阀门和各种配件。

金属铸造使用哪些材料？

各种各样的材料用于金属铸造，每一种由于其独特的物理和化学特性，都被广泛应用于不同的工业领域。以下是一些主要的金属铸造材料：

铸铁

铸铁是碳含量大于 2.1% 的铁碳合金.具有优良的铸造性、耐磨性、减震性等特性。铸铁的种类很多，一般分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。灰口铸铁有三种结构：铁素体 + 石墨、铁素体 + 石墨 + 珠光体和珠光体 + 石墨。它适用于制造承受静载荷的零件。可锻铸铁是由白口铸铁经过长期石墨化退火后获得的高强度铸铁。它适用于制造承受冲击载荷的零件。球墨铸铁是通过添加球化剂和孕育剂使石墨球化而获得的。它的强度、塑性和韧性高于其他铸铁，适用于制造承受较高载荷的复杂零件。

铝合金

铝合金因其密度低、强度高、耐腐蚀性好、铸造性能优异而被广泛使用。铝合金铸造性能好，流动性高.它可以压铸形状复杂、壁薄的精密零件，铸件表面光滑。此外，铝合金还可以进行多种表面处理，如电镀、喷涂等。常见的铸造铝合金有ZL101、ZL102等。适用于形状复杂、负载中等的铸件，以及要求气密性高、耐腐蚀、焊接性能好的零件。

锌合金

锌合金是一种以锌为基础并添加了其他元素的合金。具有良好的铸造性能和机械性能。锌合金比重大，熔点低，易压铸。同时，锌合金铸件表面光滑，可以加工成各种表面。但是，锌合金的耐腐蚀性较差。当合金成分中的杂质元素超标时，会导致铸件时效和变形。此外，锌合金压铸件不适合在高低温（低于 0°C）的工作环境中使用。常见的锌合金包括 Zamak3、Zamak5 等，适用于对机械强度要求不高的铸件和对机械强度有一定要求的铸件。

镁合金

镁合金具有密度低、比强度和刚度好、减振性能好、电磁干扰屏蔽能力强等特点。镁合金的铸造性能相对较差，流动性低，更容易开裂和收缩。然而，镁合金因其能显著提高燃油经济性、减少废气排放和减轻产品重量而被广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域。常见的铸造镁合金包括 AZ91D、AM60B 等，适用于制造汽车零件、航空航天零件等。

铜合金

铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和低摩擦系数等特点。铜合金具有优良的铸造性能，可以制成形状复杂的铸件。铜合金广泛应用于电子工业、机械工业、航空航天工业、化工等领域。例如，在电子工业中，铜合金通常用于制造电子元件;在机械工业中，铜合金常用于制造要求高耐磨性和耐腐蚀性的机械零件;在航空航天工业中，铜合金常用于制造具有高强度和韧性的零件。常见的铸铜合金包括黄铜、青铜等。下表总结并比较了常见金属铸造材料的优缺点.

铸造材料	优势	弊
铝合金	轻;尺寸稳定性高;易于铸造;耐腐蚀性好;导热性和导电性高;在高温下保持强度。	需要使用冷室机器。
锌合金	最容易施法;高延展性;优异的表面光滑度;高冲击强度;易于电镀;小零件经济实惠;由于熔点低，可延长模具寿命。	需要涂层以抵抗腐蚀;高密。
铸铁	价格低、耐磨性好、抗压性强	易产生气孔，脆性高
镁合金	铸造后最容易加工;优异的强度重量比;轻;同时使用热室和冷室机器。	迅速氧化。
铜合金	高硬度;机械性能高;高耐腐蚀性和耐磨性;尺寸稳定性高。	成本高;模具寿命短;需要使用冷室机器。

金属铸造中的成分和添加剂有哪些？

金属铸造中的成分和添加剂因特定的金属类型和铸造需求而异。以下是一些常见的概述金属铸造成分和添加剂：
1.金属铸造的主要部件

• 金属元件：待铸造的材料多为原本为固体但加热成液态的金属，如铜、铁、铝、锡、铅等。这些金属元素是铸造合金的主要成分。
• 合金元素：为了改善和增强金属的某些性能或获得某些特殊性能，在冶炼过程中会添加合金元素。常用的合金元素包括铬、镍、钼、钨、钒、钛、硅、锰等。这些元素可以提高金属的淬透性、热强度、耐磨性、耐腐蚀性等。

2.金属铸造用添加剂

• 增碳剂：用于增加金属中的含碳量，提高金属的硬度和耐磨性。常见的增碳剂有煅烧煤增碳剂、石墨增碳剂等。
• 脱氧剂和脱硫剂：用于去除金属中的氧、硫等有害元素，提高金属的纯度和质量。例如，钙丝、钙芯丝等可用作脱氧剂和脱硫剂。
• 合金添加剂：用于调整金属的化学成分，以获得所需的合金性能和结构。这些添加剂可以是金属元素（如铬铁、镍铁、钼铁等）或非金属元素（如硅、锰等）的化合物或混合物。
• 铸造添加剂：如膨润土等，可用作铸砂的粘合剂，以提高铸模的强度和稳定性。此外，还有一些特殊的铸造助剂，如助熔剂、遮光剂等，用于改进金属冶炼和铸造工艺。

如何根据金属铸造工艺选择材料？

根据金属铸造工艺选择材料是一个复杂的过程这需要考虑多种因素，包括铸件的结构、性能要求、生产批量大小、成本预算和铸造工艺的特性。以下是根据不同铸造工艺选择材料的一些基本原则和建议：

砂型铸造

砂型铸造是一种通用的铸造工艺，可用于铸造任何金属合金，无论是黑色金属还是有色金属。广泛应用于发动机缸体、气缸盖、曲轴等汽车金属铸件等工业单位的批量生产。

该工艺使用由硅基材料制成的模具，例如自然粘合的沙子或合成沙，以形成光滑的模具表面。模具表面由两部分组成，即上模（上部）和下模（下部）。使用浇注杯将熔融金属倒入模具中，在那里凝固形成最终形状。最后，去除多余的金属以完成最终的金属铸造产品。

1.选材原则：

• 铸造材料：各种金属合金，如铸铁、铸钢、有色金属合金等。
• 模具材料：石英砂、粘土等高温材料，要求具有良好的耐高温性、透气性和可塑性。

2.适用场景：

• 适用于形状复杂、尺寸大的铸件，尤其是厚壁零件。
• 适用于难以使用其他铸造方法的单件、小批量或大型铸件。

铸

熔模铸造，也称为失蜡铸造，使用涂有陶瓷材料的一次性蜡质模型，该材料固化成铸件的形状。这种铸造过程的第一步是制作蜡模，通常由蜡或塑料制成。由于该过程需要精确测量，因此多次试验和错误使熔模铸造成为一种昂贵的制造过程。将蜡倒入模具中，小心去除，然后涂上粘合剂或耐火材料，形成厚壳。此外，多个模型组装到主门上。外壳变硬后，将模型翻转并在烤箱中加热以去除蜡。熔融金属倒入剩余的外壳中并凝固成蜡模的形状。此外，耐火材料外壳被折断，露出成品铸件。这种铸造工艺通常用于制造发电、汽车和航空航天部件。

1.选材原则：

• 铸造材料：铸钢和高熔点合金，如不锈钢、高温合金等。
• 模具材料：蜡质模型（用于制作原型）、陶瓷外壳（用于成型铸件）。

2.适用场景：

• 适用于各种批次铸钢和高熔点合金的小型复杂精密铸件。
• 特别适用于铸造艺术品、精密机械零件等。

选角

虽然砂型铸造可以熔化熔点较高的合金，但您可以使用压铸来塑造熔点较低的金属。将材料从固体变为热熔融液体后，您可以将其注入由硬化钢制成的长寿命压铸模具中。这些工具由型腔、型芯和有时的镶件组成。与塑料注射成型不同，铸造后加工侧面特征有时比使用侧面动作更可行。压铸的历史可以追溯到 19 世纪。

自从它出现在制造业领域以来，已经开发了两种类型的程序供您使用。第一个是热室，机器内有一个内置炉子来熔化材料。如果您使用冷室工艺，即第二道程序，您将在单独的炉中熔化材料，然后将熔融材料移动到注射室中。您可以实施压铸来大批量生产航空航天和汽车零件，以及玩具、家具和电子产品。压铸是通过 Longsheng 的核心服务提供的，报价可以通过即时报价引擎创建。

1.选材原则：

• 铸造材料：铝合金、镁合金、锌合金等，要求良好的流动性和加工性。
• 模具材料：高强度合金钢、硬质合金或陶瓷材料，要求高硬度、高耐磨性和高热稳定性。

2.适用场景：

• 适用于各种中小型有色合金铸件、薄壁铸件、耐压铸件的批量生产。
• 压铸件尺寸精度高，表面光滑，结构致密，生产效率高，成本低。

金属铸造需要什么设备？

金属铸造是一个复杂而精细的过程，需要各种设备协同工作，以确保铸件的质量和效率。

熔炼炉

冶炼炉是金属铸造过程中的关键设备。它负责将金属原料加热到熔融状态，以便随后的浇注和成型。熔炼炉的性能直接影响金属的熔化效率、成分的均匀性和铸件的质量。常见的冶炼设备包括：

1. 圆顶：用于熔炼金属，尤其是铸铁等。
2. 电弧炉：利用电弧的高温来熔化金属。
3. 感应炉：通过电磁感应原理加热和熔化金属。
4. 电阻炉：利用电流通过电阻器时产生的热量来熔化金属。
5. 反射炉：通过反射热量加热和熔化金属。

浇注和冷却设备

浇注设备负责将熔融金属倒入模具中，而冷却设备负责加速铸件的冷却和凝固过程。

浇注设备：包括浇注袋、浇注管等。浇注袋用于盛装熔融金属并控制浇注速度和流速;浇注管负责将浇注袋中的熔融金属引入模具中。
冷却设备：包括冷却风扇、冷却水系统等。它们通过降低铸模周围的温度来加速铸件的冷却过程，从而提高铸件的生产效率和质量。

精加工和清洁工具

精加工和清洁工具是金属铸造过程中不可缺少的后处理设备。它们用于改进铸件的表面质量和尺寸精度.

• 去毛刺工具：如毛刺研磨机、磁力抛光机等。这些设备通过物理或化学方法去除铸件表面的毛刺和杂质，以改善铸件的表面光洁度。
• 抛光设备：如砂带抛光机、表面抛光机等。它们通过旋转或摩擦抛光铸件表面，以达到所需的表面质量和光泽度。
• 其他清洁工具：如清洁剂、喷砂机等。这些工具用于去除铸件表面的油、氧化物和其他杂质，以确保铸件的清洁度和质量。

常见问题

1.金属铸造需要什么工具？

金属铸造过程中需要多种工具，这些工具中的每一种都执行不同的功能，以确保铸造过程的顺利进行和铸件的质量。常见的金属铸造工具主要包括砂型铸造：用于将砂型翻转过来，以便在整个铸造过程中对铸件进行加工。模钳：用于固定模具或铸件，以便在整个铸造过程中进行加工和移动。刮板机：用于清洁浇口，确保熔融金属顺利倒入模具中。硬度计：用于测试铸件的硬度，以确定其质量是否符合标准。磨床：用于对铸件表面进行改性和切割铸件，以去除不良表面和切口和提高铸件的表面质量.此外，还有空气角磨机、刮刀、电钻、磨床、电锤等。
2.金属铸造最常用的材料有哪些？

金属铸造中最常用的材料包括铁、铝、铜、锌和其他金属及其合金。这些材料中的每一种都有其独特的特性和适用场景。例如，铁：具有良好的铸造性和机械性能，广泛应用于各个领域。铝：熔点低，耐腐蚀性好，适合制造轻质、高强度铸件。铜：具有优异的导热性和导电性，常用于制造电器和热元件。锌：熔点低，流动性好，适合制造形状复杂的铸件。
3.如何为我的铸造项目选择合适的材料？

为铸造项目选择合适的材料是一个复杂的过程这需要考虑多种因素，以确保所选材料能够满足项目的需求。首先，需要明确铸件的具体用途、工作环境、应力条件等，以确定所需的性能要求。根据项目需要，选择具有相应物理性能（如密度、导热系数、线膨胀系数等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）和机械性能（如强度、硬度、韧性等）的材料材料。考虑材料的铸造流动性、收缩率、偏析倾向等工艺特性，以保证铸造过程的顺利进行和铸件的质量。包括材料价格、加工成本、使用寿命等，确保所选材料不仅满足性能要求，而且具有良好的经济性。
4.铸造使用合金有什么优点？

合金在铸造中的使用与单一金属相比具有许多优点，这些优点使合金在铸造领域得到广泛应用。主要优点是合金可以通过调整其成分来改善其物理、化学和机械性能，如提高强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。合金通常具有较好的流动性，有利于减少铸造缺陷，提高铸件的尺寸精度和表面质量。通过合金化，可以开发具有特定性能的合金材料，以满足不同领域和特定用途的需求。在某些情况下，使用合金可以通过降低加工成本、提高材料利用率或延长使用寿命来降低总成本。

总结

常见的铸造材料主要有铝合金、锌合金、铸铁、铜合金、镁合金等。每种材料都有其独特的特性和适用范围。在选择铸造材料时，需要综合考虑铸件的形状、尺寸和性能要求。以及生产成本等因素，确保质量和性能铸件满足设计要求。

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本文由多位 Longsheng 撰稿人撰写。龙盛是制造业的领先资源，拥有CNC 加工,钣金加工,3D 打印,注塑,金属冲压等。