重有色金屬材料鑄造(castingofheavynon-ferrousmaterial)

將熔煉后的重有色金屬材料熔體澆鑄成要求形狀和尺寸的過程。按鑄造產品的形狀可分為鑄件和錠坯，冶金工業常用的是錠坯鑄造。

鑄造方法選擇鑄造生產方法不僅取決于金屬及合金的鑄造性能，還必須從壓力加工的生產方法、設備能力以及產品的最終性能等方面綜合考慮。錠坯的鑄造方法大致可分為錠模鑄造和連續鑄造兩類，前者包括金屬模鑄造、水冷模鑄造等；后者包括臥式連續鑄造、上引式連續鑄造、立式連續鑄造和半連續鑄造等。此外，還有一些適用于某些合金的特殊鑄造方法，如真空鑄造、真空吸鑄等。

金屬模和水冷模鑄造分為立模和水平模兩種，是比較陳舊的鑄造方法。目前廣泛應用于鑄造鋅、鉛、錫、鎘等低熔點金屬及其合金，在大型企業鑄造銅、鎳915zhon9重及其合金時已很少采用。

立式半連續鑄造在鑄造過程中可采用氣體、炭黑、熔劑、礦物油等保護和潤滑，錠坯質量較好，且鑄造的規格范圍廣，是目前鑄造銅和銅合金廣泛采用的生產方法。

立式連續鑄造成品率高，勞動條件好，但錠坯的斷面尺寸不宜太大，適用鑄造大批量生產的銅、鋅及其合金。

臥式連續鑄造設備投資少，但對鑄造的合金有一定的局限性，大量應用于鑄造銅合金棒、線坯和冷軋開坯的板坯。

上引式連續鑄造僅限于生產無氧銅小直徑錠坯，由于鑄造過程中熔體不與爐內氣氛接觸，錠坯的內部質量好、生產效率高。

鑄造工藝參數在鑄造過程中需要控制的工藝參數主要有鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強度、涂料、覆蓋劑和潤滑劑等。

鑄造溫度根據金屬或合金的性質、錠坯尺寸和鑄造方法來確定鑄造溫度，總的原則是在保證錠坯質量的前提下，盡量采用較低的鑄造溫度。對銅、鎳及其合金而言，鑄造溫度大都選用高于液相線100～150℃。

鑄造速度在錠模鑄造時，鑄造速度利用改變漏斗的孔徑和孔數來調節。在半連續或連續鑄造時，鑄造速度通過引錠速度來控制。為了提高生產率，在確保錠坯質量的前提下，應選用較快的鑄造速度。

冷卻強度半連續或連續鑄造中影響錠坯質量的重要因素之一。冷卻強度大，則錠坯的晶粒細，對中、小規格錠坯的效果尤為顯著。增加冷卻強度的方法有：保證足夠的二次冷卻水；在保證錠坯內部質量的前提下，選用短結晶器；采用上限鑄造速度和較低的鑄造溫度；降低冷卻水的進水溫度等。

涂料在錠模鑄造時，使用涂料可以防止金屬熔體粘模、模壁受急熱或磨損以及在鑄造過程形成還原性氣氛。常用的涂料有干涂料和油質涂料兩類，前者有骨粉、炭黑等；后者有各種礦物油和植物油。

覆蓋劑和潤滑劑在半連續或連續鑄造時，為了防止金屬熔體二次氧化以及克服由于錠坯和結晶器間相對運動而產生的摩擦阻力，在結晶器內要采用覆蓋劑或潤滑劑，常用的有炭黑、鱗片狀石墨、鹽類熔劑、礦物油和植物油等。對某些銅合金也可采用氣體保護，如煤氣、氮氣等。

銅鎳合金鑄造銅在高溫有強烈的氧化性和吸氣性，在鑄造過程中要及時排除或防止，以避免在錠坯內造成氣孔。為了提高半連續鑄造銅扁錠的表面質量，可采用鑲有石墨內襯的結晶器。黃銅中鋅有強烈的氧化性和較高的蒸氣壓，在鑄造過程中析出鋅或氧化鋅，增加了錠坯與結晶器之間的摩擦，造成結晶器內壁磨損，因此鑄造時結晶器要采用潤滑劑，如變壓器油、錠子油等。復雜黃銅具有熱裂傾向大、氧化渣多等特點。由于多元合金成分復雜，某些合金元素易形成較脆的β相和γ相，使錠坯裂紋傾向顯著增加。例如鉛黃銅中存在較多的游離鉛；中國牌號HAL66—6—3—2為單相G相黃銅，熱脆性較大。這些因素都易使錠坯產生裂紋。為了防止錠坯裂紋，在工藝方面要盡量避免產生導致錠坯開裂的鑄造應力，對錫黃銅、鋁黃銅等可采用慢速鑄造，減小錠坯的內外溫差等措施。但對鉛黃銅以及HAL59—3—2、HAL66—63—2等裂紋傾向更大的合金，為了進一步減小錠坯的內外溫差，可采用紅錠鑄造法，鑄造過程具有鑄造速度快、冷卻強度小等特點，不但可以防止內裂，同時能提高錠坯的表面質量。錫青銅具有凝固范圍大。合金元素擴散速度低等特點，合金的偏析傾向大，在錠坯的邊部出現富錫的低熔點相，形成含錫量外高內低的反偏析，造成表面裂紋或影響壓力加工。為了減少反偏析傾向，多數工廠選用鑄鐵模或臥式連續鑄造，采用較慢的鑄造速度。在立式半連續鑄造時，采用振動鑄造消除反偏析能取得一定的效果。鋁青銅凝固范圍小，凝固收縮大，導熱性能差，錠坯易產生裂紋及氧化鋁夾渣。根據上述特點，鋁青銅通常采用短結晶器敞開式半連續鑄造。短結晶器加強了二次冷卻作用，不僅有利于細化晶粒，同時使液穴變淺，有利于從液穴排除夾雜物。白銅、鎳及鎳合金熔點高，吸氣性強，熱裂傾向大，錠坯易產生氣孔和內部裂紋。為了消除氣孔，除在熔煉過程要認真脫氧、除氣外，鑄造過程也要注意保護，防止二次充氣。白銅和鎳銅合金可采用半連續鑄造，為防止錠坯內裂，應使用較高的結晶器和較慢的鑄造速度。大多數鎳及鎳合金則采用真空熔鑄，真空鑄造時使用鑄鐵模。此外，鎳銅合金和部分白銅還可采用電渣重熔工藝。

鋅、錫、鉛、鎘合金鑄造鋅和鋅合金扁錠大多采用傾斜水冷模鑄造，模子的傾斜由機械傳動，以機油或石蠟作涂料，線坯則采用水平式鑄鐵模鑄造。在大型企業，鋅合金也可采用立式連續鑄造。鋅和鋅合金錠坯都在鑄造后趁熱軋制，鑄造過程不采用二次冷卻。錫、鉛、鎘及其合金熔點低，鑄造性好，一般都選用水平式鑄鐵模，不用漏斗，直接鑄造。