鑄造技術(shù)與鑄造流程

丁 堃

(中國工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽 621907)

1 鑄造技術(shù)與鑄造流程概述

鑄造技術(shù)與我國發(fā)展經(jīng)濟(jì)和整體環(huán)境息息相關(guān),僅次于中國鑄造產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,增長率在整體環(huán)境影響下放慢了。目前冶煉廠和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)正處于一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。鑄造技術(shù)從傳統(tǒng)的幾項(xiàng)技術(shù)逐漸發(fā)展成為成熟的技術(shù)體系，正在朝著不斷完善的方向發(fā)展。鑄造技術(shù)的發(fā)展受到國家的戰(zhàn)略、鑄造的產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀等眾多因素的影響。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，雖然我國鑄造廠有很多，已經(jīng)達(dá)到26000多家，但產(chǎn)量在世界鑄件產(chǎn)量前十的國家中還是排倒數(shù)第一。根據(jù)海關(guān)對(duì)鑄件進(jìn)出口的統(tǒng)計(jì)，隨著我國鑄造科技的不斷發(fā)展以及我國鑄造設(shè)備質(zhì)量的不斷提高，國內(nèi)外鑄造技術(shù)差距越來越小，許多國內(nèi)的鑄造企業(yè)和國內(nèi)的鑄造行業(yè)不斷發(fā)展和成熟，鑄造技術(shù)不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了很多新型的鑄造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精密儀器的鑄造，滿足各種鑄造要求，有利于實(shí)現(xiàn)國防和軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)。大型的耐熱耐腐鑄造技術(shù)滿足了我國新型發(fā)電設(shè)備的需求。在鑄造材料方面，鑄造技術(shù)的成熟可以選擇更多的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)大部分鑄造材料的利用，鑄造工藝也不再受到鑄造材料特性的限制，相比傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)在鑄件時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重問題的概率較大，而國外使用的環(huán)保型粘結(jié)劑不僅穩(wěn)定而且成本較低。國外使用的自硬砂也要比國內(nèi)鑄件使用的黏土砂強(qiáng)，不僅表面質(zhì)量較好，作業(yè)環(huán)境也較好。在造型材料方面國外已經(jīng)開始使用環(huán)保型的鑄型材料，而國內(nèi)才剛開始探索試驗(yàn)等等。盡管我國這么多年鑄造技術(shù)方面有了很大的進(jìn)步，但與國外發(fā)達(dá)國家相比還是存在差距。鑄造技術(shù)與鑄造流程屬于鑄造行業(yè)的核心，下面具體闡述不同種類材料的鑄造技術(shù)和鑄造流程。

2 鑄造黑色金屬及成形鑄鐵的技術(shù)與流程

黑色金屬和鑄鐵的鑄造技術(shù)與工藝水平目前較為落后，相關(guān)的技術(shù)并沒有實(shí)現(xiàn)發(fā)展和成熟，目前來講黑色金屬的鑄造工藝主要包含以下幾個(gè)不足。超大斷面的技術(shù)不過關(guān)，百噸級(jí)的貯運(yùn)容器不能自主制造。高檔數(shù)控機(jī)床精度的不穩(wěn)定，這些問題仍未解決，導(dǎo)致還是需要進(jìn)口。鑄鋼方面，國內(nèi)海工裝備的鑄造防腐蝕體系不完整，鑄造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏，大型的合金鑄造在工作中可靠性仍需攻關(guān)。還有的個(gè)別鑄造產(chǎn)品被國外壟斷，所有鑄造技術(shù)的發(fā)展有待進(jìn)一步研發(fā)和推廣應(yīng)用，提高鑄件的使用壽命，減少合金元素用量也是應(yīng)該努力的方向。

3 鑄造有色合金及金屬基復(fù)合材料鑄造高溫合金的技術(shù)與流程

第三代超合金單晶在發(fā)達(dá)國家使用，合成率超過80%，而單晶的生產(chǎn)能力不足60%。目前我國已經(jīng)具備了小批量合金的能力，鑄造鎂合金的工藝和技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀較為客觀，雖然說在材料的性能方面可以達(dá)到國際先進(jìn)水平，但鑄造技術(shù)的耐熱鑄件和成形工藝遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，到目前國際上只有美國和前蘇聯(lián)可以鑄造鎂鋰系合金牌號(hào)，國內(nèi)對(duì)相關(guān)研究非常缺乏。而對(duì)于我國鑄造的鈦合金方面已經(jīng)優(yōu)于世界同類合金，取得了重大突破。還有鑄造合金相關(guān)方面的許多內(nèi)容，國內(nèi)的鑄造技術(shù)和流程還是與其他發(fā)達(dá)國家有一定的差距，既使可以鑄造出同樣的成形工藝也要比發(fā)達(dá)國家花費(fèi)的成本要大很多，所以要盡快發(fā)展鑄造工藝和技術(shù)，加快鑄造工藝和技術(shù)的創(chuàng)新已經(jīng)成為各個(gè)國家發(fā)展的重要目標(biāo)和任務(wù)。

4 特種鑄造成形方法熔模鑄造的技術(shù)與流程

國外大部分國家鑄造行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到70%，而我國高附加值熔模鑄造鑄件產(chǎn)值占比還不到30%，而對(duì)于大部分的鑄造工藝不夠成熟的國家，尤其是熔模鑄造的技術(shù)不夠完善的國家，高性能的凝固設(shè)備還是需要大量進(jìn)口。在高壓鑄造技術(shù)方面，我國的技術(shù)不夠成熟，對(duì)于相關(guān)的高壓鑄造產(chǎn)品需要進(jìn)口解決產(chǎn)品的需求，所以我國對(duì)這方面的技術(shù)也處于研究探索階段，對(duì)于這方面國外已經(jīng)開始研究智能鑄造技術(shù)，而國內(nèi)還在起步階段，尚未進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究。對(duì)于反重力方面，我國高效率鑄造工藝也落后于發(fā)達(dá)國家。國內(nèi)對(duì)復(fù)雜銅合金的鑄造技術(shù)和裝備缺乏，調(diào)壓鑄造和真空吸鑄技術(shù)也未達(dá)到國際上的標(biāo)準(zhǔn)。還有新型的半固態(tài)漿料及流變成形的技術(shù)基本被歐美和日本壟斷，我國的該項(xiàng)技術(shù)還尚不成熟，還需要后續(xù)的開發(fā)和研究，對(duì)半固態(tài)鑄造缺陷控制的技術(shù)研究非常少。

5 數(shù)字化和智能化鑄造技術(shù)

隨著鑄造行業(yè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多新興的鑄造產(chǎn)品，鑄造技術(shù)不斷創(chuàng)新，我國的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，已經(jīng)逐漸滲透到了各個(gè)行業(yè)，金屬鑄造行業(yè)同樣也不例外，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)鑄造過程的精確性和智能化。然而,許多數(shù)字模擬、生鐵鑄造工藝、輕金屬制造技術(shù)也集中在大尺度的耦合、多維和數(shù)值模擬的微觀結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用中,機(jī)械性能的壽命預(yù)測和金屬鑄造工藝投產(chǎn)必須加強(qiáng)。我國雖然在鑄造材料的參數(shù)預(yù)測和過程的控制中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新發(fā)展，但距離國際發(fā)展水平還有一定的差距，鑄造材料的研發(fā)并沒有形成穩(wěn)定的體系，原材料的供應(yīng)也并不能完全滿足鑄造技術(shù)和鑄造流程的需要，還并未完全打通完整的鑄造流程。

6 普通砂型鑄造裝備與檢測技術(shù)熔煉裝備的鑄造技術(shù)與流程

普通砂型鑄造裝備是鑄造流程中不可缺少的一環(huán)，目前國外在此項(xiàng)裝備上的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裝備的大容量和環(huán)保性共存的目標(biāo)，但是國內(nèi)的裝備尚存在污染嚴(yán)重，資源消耗大等缺點(diǎn)，并且鑄造流程的自動(dòng)化水平不高，大多依賴傳統(tǒng)的人工操作。在制芯鑄造技術(shù)方向，國內(nèi)的混砂操作無法實(shí)現(xiàn)均勻性，鑄造流程的控制水平較低，制造的精度較差。國產(chǎn)水平分型脫箱造型裝備的應(yīng)用基礎(chǔ)研究缺乏，缺乏裝備的自主創(chuàng)造能力，大部分依賴于進(jìn)口，存在設(shè)備重復(fù)引進(jìn)造成的浪費(fèi)問題。設(shè)備和技術(shù)領(lǐng)域的砂鑄造,能夠有效地改善我國在鑄造領(lǐng)域存在的弊端和短板，設(shè)備的改善可以提高鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量和水平，同時(shí)能夠保證鑄造技術(shù)更好地發(fā)揮作用。同時(shí)，鑄造過程產(chǎn)生的廢棄砂難以實(shí)現(xiàn)綜合利用，并且處理污染物的難度較大，使得鑄造流程的成本加大，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

7 結(jié)語

綜上所述，鑄造行業(yè)的鑄造技術(shù)和流程復(fù)雜，需要高質(zhì)量的鑄造材料和鑄造設(shè)備，同時(shí)更要注重技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)鑄造流程的智能化和自動(dòng)化，縮小與發(fā)達(dá)國家在鑄造技術(shù)方面的差距，實(shí)現(xiàn)鑄造行業(yè)的快速健康發(fā)展。