鑄造技術(shù)的研究跟發(fā)展趨勢！面對全球，信息、技術(shù)飛速發(fā)展，機械制造業(yè)尤其是裝備制造業(yè)的現(xiàn)代化水平高速提升，中國(這里只講大陸的情況，不包括臺灣和港澳地區(qū))鑄造業(yè)當(dāng)清醒認(rèn)識自己的歷史重任和與發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)實差距，大膽利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及管理的成果，認(rèn)清“只有實現(xiàn)高新技術(shù)化才能跟上時代步伐”的道理，把握現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用先進(jìn)適用技術(shù)，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，立足現(xiàn)實又高瞻遠(yuǎn)矚，以振興和發(fā)展中國鑄造業(yè)的累累碩果來奠定中國現(xiàn)代工業(yè)文明進(jìn)程的堅實基礎(chǔ)。

我國加入WTO和世界進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們從不同角度探討鑄造技術(shù)的發(fā)展并且發(fā)表了許多著述，為了給人們提供一個關(guān)于我國鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的整體概念，引發(fā)同仁們更深入地思考，筆者就自己的認(rèn)識以及參考了一些公開發(fā)表的文獻(xiàn)，同時又吸納了一些專家學(xué)者的意見，形成此文，以供同行參考。

1發(fā)達(dá)國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化(計算機控制、機器人操作)。

鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮氣連續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá)0.01%，以下：熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設(shè)備，使鋼液中H、O、N達(dá)到幾個或幾十個10～6的水平。

在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，如球墨鑄鐵要求P小于0.04%、S小于0.02%，鑄鋼要求P、S均小于0.025%，采用熱分析技術(shù)及時準(zhǔn)確控制C、S含量，用直讀光譜儀2～3 min分析出十幾個元素含量且精度高，C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準(zhǔn)確控制，采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷A級合格率提高13個百分點，鋁鎂合金經(jīng)過濾，鑄件抗拉強度提高50%、伸長率提高100%以上。

廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實現(xiàn)了微機自動化控制。

鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級賽車上應(yīng)用;在汽車向輕量化發(fā)展的進(jìn)程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。

采用熱風(fēng)沖天爐、兩排大間距沖天爐和富氧送風(fēng)，電爐采用爐料預(yù)熱、降低熔化溫度、提高爐子運轉(zhuǎn)率、減少爐蓋開啟時間，加強保溫和實行微機控制優(yōu)化熔煉工藝。在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中廣泛采用小冒口和無冒口鑄造。鑄鋼件采用保溫冒口、保溫補貼，工藝出品率由60%提高到80%?？紤]人工成本高和生產(chǎn)條件差等因素而大量使用機器人。由于環(huán)保法制嚴(yán)格(電爐排塵有9國規(guī)定100～250 mg/m3、沖天爐排塵，11國規(guī)定100～1000 mg/m3，或0.25～1.5kg/t鐵液;砂處理排塵，8國規(guī)定100～250 mg/m3)，鑄造廠都重視環(huán)保技術(shù)。

鑄造技術(shù)的研究跟發(fā)展趨勢！在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝，砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng)，制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。

用自動化壓鑄機生產(chǎn)鑄鋁缸體、缸蓋;已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量30%～50%。

成功地采用EPC技術(shù)大批量生產(chǎn)汽車汽缸體、缸蓋等復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)率達(dá)180型/h。在工藝設(shè)計、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技術(shù);在鑄造機械的專業(yè)化、成套化制備中，開始采用CIMS技術(shù)。

鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%～5%;標(biāo)準(zhǔn)更新快(標(biāo)齡4～5年);普遍進(jìn)行ISO 9000、IS014000等認(rèn)證。

重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。

2我國鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

總體上，我國鑄造領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究并不落后，很多研究成果居國際先進(jìn)水平，但轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的少。國內(nèi)鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平高的僅限于少數(shù)骨干企業(yè)，行業(yè)整體技術(shù)水平落后，鑄件質(zhì)量低，材料、能源消耗高，經(jīng)濟效益差，勞動條件惡劣，污染嚴(yán)重。具體表現(xiàn)在，模樣仍以手工或簡單機械進(jìn)行模具加工;鑄造原輔材料生產(chǎn)供應(yīng)的社會化、專業(yè)化、商品化差距大，在品種質(zhì)量等方面遠(yuǎn)不能滿足新工藝新技術(shù)發(fā)展的需要;鑄造合金材料的生產(chǎn)水平、質(zhì)量低;生產(chǎn)管理落后;工藝設(shè)計多憑個人經(jīng)驗，計算機技術(shù)應(yīng)用少;鑄造技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差;生產(chǎn)過程手工操作比例高，現(xiàn)場工人技術(shù)素質(zhì)低;僅少數(shù)大型汽車、內(nèi)燃機集團鑄造廠采用先進(jìn)的造型制芯工藝，大多鑄造企業(yè)仍用震壓造型機甚至手工造型，制芯以桐油、合脂和粘土等粘結(jié)劑砂為主。大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主;低壓鑄造只能生產(chǎn)非鐵或鑄鐵中小件，不能生產(chǎn)鑄鋼件;用EPC技術(shù)穩(wěn)定投入生產(chǎn)的僅限于排氣管、殼體等鑄件，生產(chǎn)率在30型/h以下，鑄件尺寸精度和表面粗糙度水平低;雖然建成了較完整的鑄造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，但多數(shù)企業(yè)被動執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多低于GB(國標(biāo))和ISO(國際標(biāo)準(zhǔn))，有的企業(yè)廢品率高達(dá)30%;質(zhì)量和市場意識不強，僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了ISO 9000認(rèn)證。結(jié)合鑄造企業(yè)特點的質(zhì)量管理研究十分薄弱。

近年開發(fā)推廣了一些先進(jìn)熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，如外熱式熱風(fēng)沖天爐開始應(yīng)用，但為數(shù)少，使用鑄造焦的僅占1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術(shù)。沖天爐—電爐雙聯(lián)工藝僅在少數(shù)批量生產(chǎn)的流水線上得以應(yīng)用。少數(shù)大、中型電弧爐采用超高功率(600～700kVA/t)技術(shù)。開始引進(jìn)AOD、VOD等精煉設(shè)備和技術(shù)，提高了高級合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。重要工程用的超低碳高強韌馬氏體不銹鋼，采用精煉技術(shù)提高鋼液純凈度，改善性能。0Crl6Ni5Mo、Crl3Ni5Mo鑄造馬氏體不銹鋼在保持原有韌性基礎(chǔ)上，屈強比由0.70～0.75提高到0.85～0.90，強度提高30%～60%，硬度提高20%～50%。

廣泛應(yīng)用國內(nèi)富有稀土資源，如稀土鎂處理的球墨鑄鐵在汽車、柴油機等產(chǎn)品上應(yīng)用;稀土中碳低合金鑄鋼、稀土耐熱鋼在機械和冶金設(shè)備中得到應(yīng)用;初步形成國產(chǎn)系列孕育劑、球化劑和蠕化劑，推動了鑄鐵件質(zhì)量提高。

鑄造技術(shù)的研究跟發(fā)展趨勢！高強度、高彈性模量灰鑄鐵用于機床鑄件，高強度薄壁灰鑄鐵件鑄造技術(shù)的應(yīng)用，使最薄壁厚達(dá)4—16mm的缸體、缸蓋鑄件本體斷面硬度差小于HB30，組織均勻致密?；诣T鐵表面激光強化技術(shù)用于生產(chǎn)。人工智能技術(shù)在灰鑄鐵性能預(yù)測中應(yīng)用。蠕墨鑄鐵已在汽車排氣管和大馬力柴油機缸蓋上應(yīng)用，汽車排氣管使用壽命提高4—5倍。釩鈦耐磨鑄鐵在機床導(dǎo)軌、缸套和活塞環(huán)上應(yīng)用，壽命提高1～2倍。高、中、低鉻耐磨鑄鐵在磨球、襯板、雜質(zhì)泵、雙金屬復(fù)合軋輥上使用，壽命提高。應(yīng)用過濾技術(shù)于缸體、缸蓋等調(diào)高強度薄壁鑄件流水線生產(chǎn)中，減少了夾渣、氣孔缺陷，改善了鑄件內(nèi)在質(zhì)量。

國產(chǎn)水平連鑄生產(chǎn)線投入市場，可生產(chǎn)直徑30～250mm圓形及相應(yīng)尺寸的方形、矩形或異形截面的灰鑄鐵及球墨鑄鐵型材。與砂型比，性能提高1～2個牌號，鐵液利用率提高到95%以上，節(jié)能30%，節(jié)材30%一50%，毛坯加工合格率達(dá)95%以上。

鑄鐵管行業(yè)引進(jìn)10套直徑1000 mm以下的中型球墨鑄鐵管離心鑄造成套設(shè)備。

金屬基復(fù)合材料研究有進(jìn)步，短纖維、外加顆粒增強、原位顆粒增強研究都有成果，但較少實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

某些重點行業(yè)的骨干鑄造廠采用了直讀光譜儀和熱分析儀，爐前有效控制了金屬液成分，采用超聲波等檢測方法控制鑄件質(zhì)量。

環(huán)保執(zhí)法力度日漸加強，迫使鑄造業(yè)開始重視環(huán)保技術(shù)。沈陽鑄造研究所等開發(fā)了大排距雙層送風(fēng)沖天爐和沖天爐除濕送風(fēng)技術(shù);我國初建鑄造焦生產(chǎn)基地，形成批量規(guī)模。鑄造塵毒治理、污水凈化、廢渣利用等取得系列成果，并開發(fā)出多種鑄造環(huán)保設(shè)備(如震動落砂機除塵罩、移動式吸塵器、煙塵凈化裝置、污水凈化循環(huán)回用系統(tǒng)，鑄造舊砂干濕法再生技術(shù)及設(shè)備、鑄造廢砂爐渣廢塑料制作復(fù)合材料技術(shù)和設(shè)備等)。

商品化CAE軟件已上市。一些大中型鑄造企業(yè)開始在熔煉方面用計算機技術(shù)，控制金屬液成分、溫度及生產(chǎn)率等。成都科技大學(xué)研制成砂處理在線控制系統(tǒng)，清華大學(xué)等開發(fā)了計算機輔助砂型控制系統(tǒng)軟件，華中科技大學(xué)成功開發(fā)商品化鑄造CAE軟件。

鑄造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速，部分鑄造企業(yè)網(wǎng)上電子商務(wù)活動活躍，如一些鑄造模具廠實現(xiàn)了異地設(shè)計和遠(yuǎn)程制造。

鑄造專家系統(tǒng)研究雖然起步晚，但進(jìn)步快。先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng)、鑄造缺陷分析專家系統(tǒng)、自硬砂質(zhì)量分析專家系統(tǒng)、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計及缺陷診斷專家系統(tǒng)等。機械手、機器人在落砂、鑄件清理、壓鑄及熔模鑄造生產(chǎn)中開始應(yīng)用。

3我國鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1鑄造合金材料

以強韌化、輕量化、精密化、高效化為目標(biāo)，開發(fā)鑄鐵新材料;重點研制奧貝球墨鑄鐵(ADl)熱處理設(shè)備，盡快制定國家標(biāo)準(zhǔn)，推廣奧貝球墨鑄鐵新技術(shù)(如中斷熱落砂法、中斷正火法等);開發(fā)薄壁高強度灰鑄鐵件制造技術(shù)、鑄鐵復(fù)合材料制造技術(shù)(如原位增強顆粒鐵基復(fù)合材料制備技術(shù)等)、鑄鐵件表面或局部強化技術(shù)(如表面激光強化技術(shù)等)。

研制耐磨、耐蝕、耐熱特種合金新材料;開發(fā)鑄造合金鋼新品種(如含氮不銹鋼等性能價格比高的鑄鋼材料)，提高材質(zhì)性能、利用率、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。開發(fā)優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，特別是鋁基復(fù)合材料。研究鋁合金中合金化元素的作用原理及鋁合金強化途徑。研究降低合金中Fe、Si、Zn含量，提高合金強韌性的方法及合金熱處理強化的途徑。

研究力學(xué)性能更好的鋅合金成分、變質(zhì)處理和熱處理技術(shù);開發(fā)鎂合金、高鋅鋁合金及黑色金屬等新型壓鑄合金。

開發(fā)鑄造復(fù)合新材料，如金屬基復(fù)合材料、母材基體材料和增強強化組分材料;加強顆粒、短纖維、晶須非連續(xù)增強金屬基復(fù)合材料、原位鑄造金屬基復(fù)合材料研究;開發(fā)金屬基復(fù)合材料后續(xù)加工技術(shù);開發(fā)降低生產(chǎn)成本、材料再利用和減少環(huán)境污染的技術(shù);拓展鑄造鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域、降低鑄件成本。

開展鑄造合金成分的計算機優(yōu)化設(shè)計，重點模擬設(shè)計性能優(yōu)異的鑄造合金，實現(xiàn)成分、組織與性能的最佳匹配。

3.2鑄造原輔材料

建立新的與高密度粘土型砂相適應(yīng)的原輔材料體系，根據(jù)不同合金、鑄件特點、生產(chǎn)環(huán)境、開發(fā)不同品種的原砂、少無污染的優(yōu)質(zhì)殼芯砂，抓緊我國原砂資源的調(diào)研與開發(fā)，開展取代特種砂的研究和開發(fā)人造鑄造用砂;將濕型砂粘結(jié)劑發(fā)展重點放在新型煤粉及取代煤粉的附加物開發(fā)上。

開發(fā)酚醛—酯自硬法、C02-酚醛樹脂法所需的新型樹脂，提高聚丙烯酸鈉—粉狀固化劑-C02法樹脂的強度、改善吸濕性、擴大應(yīng)用范圍;開展酯硬化堿性樹脂自硬砂的原材料及工藝、再生及其設(shè)備的研究，以盡快推廣該樹脂自硬砂工藝;開發(fā)高反應(yīng)活性的樹脂及與其配套的廉價新型溫芯盒催化劑，使制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒、冷芯盒法轉(zhuǎn)變，以節(jié)約能源、提高砂芯質(zhì)量。

鑄造技術(shù)的研究跟發(fā)展趨勢！加強對水玻璃砂吸濕性、潰散性研究，尤其是應(yīng)大力開發(fā)舊砂回用新技術(shù)，盡最大可能再生回用鑄造舊砂，以降低生產(chǎn)成本、減少污染、節(jié)約資源消耗。