銅合金鑄件主要應(yīng)用于要求優(yōu)良的抗蝕性,高的熱導(dǎo)率,良好的表面耐磨性或其他特定性能的場(chǎng)合。通過鑄造可以生產(chǎn)出具有一定形狀而用其他生產(chǎn)方法(如成形或機(jī)加工)不易獲得的零件。通常用鑄造法生產(chǎn)的零件比用其他方法生產(chǎn)的更為經(jīng)濟(jì)。
由于純銅難以鑄造,并且容易出現(xiàn)表面裂紋、氣孔和內(nèi)部孔穴,加入少量合金元素(如鈹、硅、鎳、錫、鋅和鉻)有助于提高銅的鑄造性能;而要改善合金的性能則要加入較大量的合金元素。
鑄造合金也可分為高收縮率合金和低收縮率合金。前者包括錳青銅、鋁青銅、硅青銅及一些白銅。這種合金比低收縮率的紅色黃銅流動(dòng)性好,更易于澆鑄,而且使用砂型、鑄型、石膏型、壓鑄和離心鑄造等方法均可得到高質(zhì)量鑄件。在高收縮率合金的情況下,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須仔細(xì)以保障合金定向凝固。避免橫斷面尺寸的急劇變化和出現(xiàn)槽口(采用較大的內(nèi)圓角)。此外,鑄口冒口的位置也應(yīng)適當(dāng)。以上這些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)可以防止內(nèi)部收縮和裂紋的產(chǎn)生。紊流澆鑄必須避免以防止形成浮渣進(jìn)入鑄件。大量使用補(bǔ)縮冒口或發(fā)熱劑可以保障有充足的熔融金屬充填鑄模的各個(gè)部位。
所有的銅合金均可成功地進(jìn)行砂型鑄造。如果鑄件數(shù)量不多,砂模鑄型可以保障鑄造形狀和尺寸有大的靈活性,是一種經(jīng)濟(jì)的鑄造方法(當(dāng)鑄件數(shù)量超過500100件時(shí),壓模鑄造更為經(jīng)濟(jì))。鑄型適用于錫青銅、硅青銅、鉛青銅和錳青銅以及黃銅。壓模鑄造適用于黃銅,但采用鑄型鑄造的合金也愈來愈多的采用壓橫鑄造。盡管鑄模可以鑄造重量高達(dá)4500kg的大鑄坯,但上述兩種鑄造方法仍受到尺寸限制。黃銅壓模鑄件的質(zhì)量一般小于0.2kg,很少超過0.9kg,尺寸上的這種限制是由于隨著鑄件尺寸增大,模子壽命減小。
所有的銅合金均可成功地采用離心鑄造法進(jìn)行鑄造,用此工藝已生產(chǎn)出小至100g大到2200kg的鑄件。
鋁青銅、黃銅、錳青銅、低鎳青銅、硅黃銅和硅青銅由于鉛含量較低,好采用石膏型鑄造。在大多數(shù)這些合金中,鉛含量應(yīng)盡量減少,因?yàn)殂U與石膏中的硫酸鈣反應(yīng),使鑄件表面變色,增加了清洗和機(jī)加工費(fèi)用。盡管質(zhì)量小于100g的鋁青銅鑄件中已經(jīng)用石蠟法鑄造,質(zhì)量大于150kg的鑄件也已用傳統(tǒng)的石膏模澆鑄,但石膏模鑄造仍然受到尺寸限制。
凝固控制:要連續(xù)生產(chǎn)出合格的鑄件就需要了解合金的凝固特性和相對(duì)收縮量。不同合金在凝周過程中的實(shí)際收縮量差別并不大,但在關(guān)鍵部位收縮量的分布狀況則隨凝固溫度范圍和溫度梯度的不同而異。鋁青銅和錳青銅與銅的凝固溫度相近,其范圍都比較窄,分別為40℃和14℃。這兩種合金的大型鑄件可用與鑄鋼相同的傳統(tǒng)方法進(jìn)行鑄造,但需適當(dāng)注意澆口和冒口的位置——二者均是為了控制定向凝固和填充主要的中心縮孔。
錫青銅的凝固區(qū)較寬。凝固區(qū)如此寬的合金在凝固時(shí)會(huì)形成一個(gè)軟化區(qū),導(dǎo)致枝晶間收縮或顯微收縮。由于這種情況下補(bǔ)縮不能正常進(jìn)行,在受影響的區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)疏松。為了消除這種不良影響,鑄件形狀設(shè)計(jì)和冒口的位置以及采用冷鑄,都是很重要的。另一個(gè)防止枝晶間收縮的方法是嚴(yán)格控制澆鑄溫度并保障快速凝固。這些措施限制了鑄件厚度和澆鑄溫度,因而需要一個(gè)能保障定向凝固的澆鑄系統(tǒng)。
復(fù)雜鑄件很難達(dá)到定向凝固。有效和簡便的設(shè)備是金屬鑄模。對(duì)不規(guī)則斷面,金屬鑄模的形狀必須與鑄模斷面的外形相吻合,而不規(guī)則斷面便在此鑄模中形成。保溫墊片和冒口圈有時(shí)對(duì)減緩某些區(qū)域的固化速率以維持定向固化起到一定作用。