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出版者:安徽科技出版社图书服

作者:潘旺林

出品人:

页数:354

译者:

出版时间:2008-1

价格:19.80元

装帧:

isbn号码:9787533739898

丛书系列:

图书标签:

• 文学
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精密铸造工艺与应用 导论：铸造技术的演进与现代挑战 铸造，作为人类文明早期便已掌握的核心制造技术之一，至今仍在现代工业体系中占据着不可替代的战略地位。它通过将液态材料浇注到预先制备好的型腔中，待其冷却凝固后形成所需形状的实体零件。本书旨在系统梳理现代精密铸造，特别是金属铸造领域的前沿技术、关键工艺控制点及其在高端制造中的具体应用。 本书内容涵盖了从原材料选择、熔炼提纯到模具设计制造、铸型制备、金属液处理、浇注成型、凝固控制，直至后续的清砂、热处理和精密加工的全流程。我们着重探讨如何通过精细化的工艺参数控制，实现铸件的微观结构优化，以满足航空航天、能源动力、生物医疗等对材料性能、尺寸精度和表面质量有着极其苛刻要求的应用场景。 第一章：铸造材料的科学基础与选择 铸件的最终性能在很大程度上取决于所选用的铸造合金。本章深入剖析了主流金属材料的铸造特性。 1.1 黑色金属铸件材料体系 重点分析了铸铁（灰口铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、白口铁）和铸钢（碳素钢、低合金钢、高锰钢、不锈钢）的凝固区间、收缩率、石墨/碳化物形态控制技术。针对球墨铸铁，详细阐述了处理过程中孕育、球化处理的化学计量学和时间控制，以及稀土元素对球化率的影响机制。对于铸钢，则讨论了脱氧、合金化元素的固溶与析出行为，以及晶界强化对韧性的影响。 1.2 有色金属铸件材料体系 系统介绍了铝合金、镁合金、铜合金及其复合材料的铸造性能。特别关注了高强度铝锂合金、Al-Si系压铸合金的枝晶生长控制。对于镁合金，强调了其高活性导致的熔炼保护气氛控制（如采用SF6或新型复合保护剂）的重要性，以及如何抑制铸态组织中的针孔缺陷。铜合金方面，探讨了锡青铜、铝青铜的高温流动性与氧化倾向的平衡。 1.3 复合材料与特种合金的铸造挑战 简要介绍了金属基复合材料（MMC）的浆态或固液复合浇注技术，以及高温镍基单晶合金在定向凝固过程中的晶体学控制。 第二章：先进模具设计与制造技术 模具是铸造过程的“骨架”。本章聚焦于提高模具寿命、精度和复杂结构件成型的关键技术。 2.1 砂型与型芯制造工艺 详细解析了精密铸造中应用的各种砂型技术，包括： 粘土砂型： 湿型、半干型、烘干型工艺的参数优化，重点讲解了砂型的强度、透气性与尺寸精度之间的制衡。 化学自硬砂技术： 酚醛树脂（冷芯盒、热芯盒）、糠醛树脂等粘结剂体系的选择、催化剂的用量控制，以及对铸件表面质量和残留物的控制。 精密型芯技术： 引入了3D打印技术（如选择性激光烧结SLS、粘结剂喷射BJ）在复杂内腔和冷却水道型芯制造中的应用，及其与传统砂型制备的精度对比。 2.2 熔模（失蜡）铸造的精细化控制 熔模铸造是实现高精度、复杂形状零件的关键。本章着重分析： 蜡模制作： 注射压力、温度曲线对蜡模尺寸精度和表面光洁度的影响。 型壳制备： 挂浆的次数、浸渍材料（锆英砂、刚玉砂）的选择、粘结剂的固化过程。着重分析了型壳热态处理（脱蜡与焙烧）的升温速率控制，以防止型壳在高温下开裂或石英砂的相变应力。 2.3 永久型与金属模具的冶金界面 讨论了金属型重力铸造、低压铸造所用的钢模或铸铁模具的寿命管理。内容包括模具的热疲劳裂纹形成机理、模具的预热控制、以及应用石墨/陶瓷涂层进行界面隔离，减少金属液的润湿和渗透。 第三章：熔炼、精炼与金属液处理 高质量的铸件依赖于纯净、成分稳定的金属液。本章侧重于杂质的控制与合金化技术。 3.1 熔炼设备的优化与能耗管理 比较了中频感应炉、电弧炉、真空感应炉在不同合金熔炼中的优缺点。重点讨论了真空熔炼（如VIM）如何有效去除溶解气体和高蒸汽压杂质，以及在超高纯度材料制备中的应用。 3.2 炉内精炼与变质处理 详细阐述了多种精炼手段： 除气技术： 氩气或氮气鼓泡搅拌、真空处理对氢气的去除效率。 除渣与净化： 使用合适的炉料添加剂（如熔剂、覆盖剂）对非金属夹杂物的吸附和上浮。 合金化与变质： 讨论了稀土（RE）、碱土金属（如钙、锶）在球化处理中的添加方式、加入窗口及残量控制，以避免产生有害的硫化物或低熔点化合物。 3.3 温度曲线的精确控制 系统分析了过热度对铸件缺陷的影响。如何根据铸件的壁厚分布、合金特性，确定最佳的浇注温度范围，平衡流动性与氧化倾向。 第四章：凝固过程的控制与缺陷预防 凝固是铸件组织结构形成的关键环节。本章旨在通过理论模型指导实际生产。 4.1 凝固理论基础与收缩补偿 回顾了沙利文、李克希等人提出的凝固理论，着重应用等效固相分数法（Fss） 和热容量法（CP） 来预测凝固顺序。详细分析了缩孔、缩松的形成机理，并探讨了补缩技术：冒口的设计（体积比、位置）、冷铁的设置及其在厚大断面处的应用。 4.2 偏析与晶粒结构控制 讨论了液态和固态偏析的形成原因，特别是区域熔炼和枝晶间偏析。在晶粒结构控制方面，介绍了晶粒细化剂（如Ti-B）的有效添加方式，以及通过搅拌、振动等外部作用力对晶体成核和生长方向的诱导控制。 4.3 关键铸造缺陷的诊断与消除 针对常见的冶金缺陷进行专题分析： 气孔与针孔： 气体来源（炉内、型腔、水分）的追溯与控制。 热裂纹： 易裂敏感元素（硫、磷）的控制与高应力区的结构优化。 夹杂物： 夹杂物的类型识别（氧化物、氮化物、非金属夹杂）及其在最终力学性能中的影响。 第五章：先进铸造工艺的深化应用 本章聚焦于适应高附加值产品需求的先进制造方法。 5.1 压铸技术的高效化 深入研究了冷室压铸和热室压铸的工艺窗口。重点分析了高压射出行程控制、填充过程中的湍流与卷气问题，以及如何通过模具设计（如排气槽、溢流道）来降低压铸件的气孔率。讨论了在新能源汽车轻量化趋势下，超薄壁高压铸件的制造挑战。 5.2 真空与低压铸造的性能提升 分析了低压铸造如何通过控制压力曲线，实现平稳填充和定向凝固，是制备大型、要求高密封性的铸件的首选。对比了真空辅助重力铸造在消除表面氧化膜方面的优势。 5.3 增材制造在铸造领域的桥梁作用 探讨了增材制造（3D打印）技术在辅助铸造设计中的角色，例如快速原型制造、定制化砂芯的制造，以及如何利用增材制造技术直接构建复杂的陶瓷型芯或模具的辅助结构，从而缩短传统模具的开发周期。 结论：铸造工艺的未来展望 总结了数字化、智能化在现代铸造生产中的集成趋势，包括基于有限元分析（FEA）的凝固过程模拟软件（如MAGMASOFT, ProCAST）的应用，以及工业物联网（IIoT）在实时质量监控中的作用。强调了可持续发展目标下，铸造过程的节能减排与废弃物循环利用技术的重要性。本书旨在为铸造工程师、材料科学家及相关领域的技术人员提供坚实的理论基础和可操作的实践指导。

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