我国的铸造技术已有6000多年的历史，是世界上较早掌握铸造技术的文明古国之一。早在2500多年以前（公元前513年）就铸出270kg的铸铁刑鼎，是最早运用铸铁的国家之一。在现代，铸造业更有着飞速的发展。自2000年起，我国铸件总产量已连续11年保持世界首位，2011年，我国主要铸件产量为4150万t，其中出口铸件总量为205.6万t。2012年，我国主要铸件产量为4250万t，其中出口铸件总量为197.8万t。产量较2011年增加2.4%，增速有所放缓。2000～2011年，增速在10%～11%。近年来我国大型铸件、关键基础件等配套产品的技术水平获得重大突破，让铸造大国的称谓内涵更为丰富。
铸造即是将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。它的历史悠久，在古代主要用于制造金属工艺品、金属器皿及农具。发展至今，铸造成为获得机器零件、毛坯的主要方法。由于它是一种金属在液态下凝固成形的方法，所以具有如下特点：
1）适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件。
2）适用范围广泛。铸件的大小、质量和批量及材质几乎都不受限制。如铸件的质量可从几克到几百吨；铸件的材质可以是铸铁、碳钢、合金钢，也可以是铜合金和铝合金等。对于塑性很差的材料，如铸铁，铸造是制造其零件或毛坯的唯一方法。
3）铸造的成本较低，这与其原材料来源广泛，价格低廉分不开。但是，由于铸造工序多、工艺过程比较复杂，影响铸件质量的因素也较多，使铸件易产生组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺陷。正是这些缺陷的存在会降低铸件的冲击韧度。此外，铸件质量不稳定，劳动环境较差也是铸造的缺点之一。
总之，铸造的上述特点，使其在机械制造业中占的比例很大，占毛坯件工业产值的60%。在铸造中，砂型铸造占的比例最大，此外还有特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、连续铸造等，与砂型铸造相比，特种铸造的铸件表面粗糙度值小、尺寸精度高且力学性能也高。
铸造业在我国可持续发展道路上占有重要地位。例如，宁夏共享集团成功研制了三峡700MW水轮机叶片。该叶片的成功产业化，标志着我国步入特大型水轮机叶片铸件世界强国行列；江苏吉鑫风能科技股份有限公司，能够生产5MW级大型风力发电机组的轮毂、底座、横梁、轮轴、齿轮箱体和轴承座等关键铸件，也证明该公司的铸造技术处于国际先进水平；上海宏钢电站设备铸锻有限公司研制出与超超临界汽轮机、重型燃气汽轮机、1000MW核电汽轮机等相配套的高端、大型关键铸件，其具有自主知识产权的超大型厚断面球墨铸铁工艺技术处于国际同行业领先地位；安徽应流集团成功研制的核一级主泵系列铸件替代进口，填补了国内空白；大连华锐集团为三峡和阿尔斯通生产的大型铸钢件达到国际先进水平；大连船用推进器有限公司研制的国内首套大型油轮的船用螺旋桨，为国内“VLCC”生产的首创；北京第一机床厂成功生产的最大球墨铸铁机床铸件质量达145t；中信重工机械股份有限责任公司为185MN油压机生产的上横梁铸钢件质量高达520t。
此外，在铸造行业，各种节能减排的工艺措施也得到了大规模的开发和重视，应用成效显著。例如，重庆长江、北京仁创研制的具有自主知识产权的铸造废砂再生循环利用的技术与装备，中国第一汽车集团公司冲天炉外热送风以及高炉铁液、电解铝液“短流程”铸造工艺的应用等，都在节能、降耗、减排方面取得了实质性进展；东方汽轮机公司在灾后重建中高度重视节能环保，投入7亿元资金，建立了国际一流的铸造生产线。
但同时也必须清醒地认识到，行业整体上管理粗放、装备和工艺落后，能耗高、排污高、劳动生产率低的通病还没有得到根本改善，作为基础产业铸造行业对高端装备制造业的发展仍处于瓶颈制约状态，粗放的发展方式尚未根本转变。
2.1.1.1 砂型铸造
砂型铸造是一种最基本的铸造方法，其工艺过程为：砂处理→制造模样和芯盒→造型和制芯→合型→熔炼→浇注→落砂→清理→质量检验→获得合格铸件。图2.1所示为某砂型铸件生产过程示意图。
下面详细介绍砂型铸件的铸造过程。根据设计好的零件图可通过以下基本步骤来获得铸件。
图2.1 砂型铸件生产过程示意图
1.砂处理
将原砂或再生砂+粘结剂+其他附加物所混制成的混合物称为型砂或芯砂。根据砂型所用粘结剂的不同，型砂可以分为黏土砂、水玻璃砂和有机粘结剂砂等，而最为常用的铸型是黏土砂型。又可以分为湿型、表面烘干型、干型、自硬砂型四种。砂处理工艺流程图如图2.2所示。
2.造型
造型和制芯是铸件形成过程中的关键工序之一，它对铸件质量、制造成本、生产效率、劳动强度和环境污染等各方面都有十分重要的影响。造型是利用模样或其他模具制造模型的过程。
（1）砂箱造型 砂箱造型具有较大的灵活性和适应性，应用广泛。有多种形式，根据铸件结构、形状和大小的不同，可分为：整模造型、分模造型、活块造型、组芯造型、挖砂造型、假箱造型、吊砂造型、活砂造型、多箱造型等。例如，活块造型，活块即模样上可拆卸或能活动的部分。模样或芯盒侧面的凸出部分，常作成活块，起模或脱芯后，可将活块单独起出来，采用活块的造型方法称为活块造型。活块与模样主体相连，常用销钉和燕尾槽定位。如每个相同的铸件上编码唯一性，就是利用活块造型实现的。
造型工艺过程包括：砂箱的运输、填砂、紧实、起模、翻箱、下芯、合型以及砂型运输等工序。
（2）各种造型方法的特点和应用 在实际生产中，由于铸件的结构特点、批量大小、使用要求及生产条件的不同，所用的造型方法也不一样。大体分为手工造型和机器造型两大类。手工造型主要用于单件或小批量铸件的生产，而机器造型则主要用于大批量的铸件制造。
手工造型操作灵活、大小铸件均能适应。常用手工造型方法的特点和应用范围见表2.1。
图2.2 砂处理工艺流程图
表2.1 常用手工造型方法的特点和应用范围
（续）
手工造型对模样的要求不高，一般采用成本较低的木模。对于尺寸较大的回转体或等截面的铸件，还可以采用成本更低的刮板造型法。因此，尽管手工造型的生产率较低，所获得的铸件的尺寸精度及表面质量也较差，对工人的技术水平要求也较高，但在实际生产中目前还很难完全以机器造型取代，尤其是对于单件、小批铸件的生产。
机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步以机械化的造型方法来实现。与手工造型相比，不仅提高了生产率，改善了工人的劳动条件，而且提高了铸件的精度和表面质量。但是机器造型所用的造型设备和工艺装备的费用高，生产准备时间长，因此，机器造型目前只适用于中、小铸件成批或大量生产。
根据紧砂原理的不同，机器造型分为以下几种：
1）震压造型。以压缩空气为动力的震压造型机最为常用，图2.3所示为其工作过程。其原理是通过震击使得砂箱下部的型砂在惯性力作用下紧实，再用压头将砂箱上部松散的型砂压实。震压造型机由于结构简单、价格较低，使其应用普遍。但它噪声大、砂型紧实度不高，因而又出现了其他一些机械化程度更高的造型机。如微震压实造型机、高压造型机、射砂造型机和抛砂造型机等。
2）微震压实造型。微震压实造机的紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震，所以其紧实度比震压造型高而且均匀。
3）高压造型。高压造型机的压头采用液体加压，每个小压头的行程可随模样的高度自行调节，使砂型各部位的紧实度均匀，且在压实的同时还可进行微震。它制得的砂型紧实度高，能获得表面粗糙度值小、尺寸精度高的铸件，且噪声小，生产率高。
图2.3 震压造型机的工作过程
a）填砂 b）震击紧砂 c）辅助压实 d）起模
1—压实气缸 2—震击活塞 3—模底板 4—内浇道 5—模样 6—震击气缸 7—压头 8—定位销 9—下箱 10—起模顶缸 11—同步连杆 12—起模液压缸 13—压力油
4）射砂造型。采用射砂和压实联合的紧砂方法可将砂型紧实。这种方法不易产生错型缺陷，获得的铸件尺寸精度高，生产率高，易于实现自动化。适合于中小铸件成批大量的生产。射砂造型如图2.4所示。
5）抛砂紧实造型。抛砂紧实造型是利用电动机驱动抛砂机头的叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实，再靠离心力的作用将已呈团状的型砂快速（30～60m/s）地抛到砂箱中，如此将型砂逐层紧实。该法在完成填砂的同时进行紧实，其效率高、型砂紧实度均匀，可用于任何批量的大、中型铸件或大型型芯的制造。
与手工造型相比，机器造型一般采用模板的两箱造样。所谓模板就是将模样、浇注系统沿分型面与模底板联结成一体的专用工装，一般采用金属材料制造，有单面模板和双面模板。机器造型不能采用三箱造型和活块造型。
（3）起模方法 型砂紧实以后就要进行起模，以获得完整的型腔。大部分机器造型机均带有起模机构。大体有顶箱起模、漏模和翻箱起模三类。
3.制芯
型芯的主要作用是形成铸件的内腔。形状复杂的铸件，有时也可利用型芯形成铸件的局部外形。
图2.4 射砂造型
a）射砂 b）压实 c）起模Ⅰ d）推出砂型 e）起模Ⅱ f）闭合造型室浇注
1—砂型 2—模板1 3—射砂机构 4—模板2 5—压实活塞 6—造型室
（1）型芯的结构 型芯一般由型芯主体和芯头所构成，其中型芯主体用于形成铸件的内腔；而芯头起到支承、定位以及排气等辅助作用。
芯头的形状、大小与模样上的芯头座相适应，为了便于下芯、合型和防止挤砂，芯头和芯座间具有相对应的斜度，并留有适当的间隙。
为加强型芯的强度和刚度，在型芯内部应安放芯骨。芯骨视型芯的大小，用铁丝，圆钢，铸铁等制成。大型芯的芯骨，常用铸铁铸成，并铸接吊环，以便吊运和下芯。为了不阻碍铸件的收缩，芯骨和型芯表面要保持一定的距离，这个距离称为吃砂量。
型芯中应开通气孔道，使型芯排气通畅。
（2）型芯的制造 型芯的制造也可以分为手工制芯和机器制芯。手工制芯又可分为芯盒制芯和刮板制芯；而机器制芯包括震实制芯、挤芯、吹芯、射芯等几种制造工艺。
（3）型芯的固定 型芯在砂型中应加以固定，否则会由于金属液的冲击力和浮力发生漂移或偏移。对于较小的型芯，可以直接采用芯头固定，操作简便，经济性好；而对于尺寸较大的型芯，应采用芯撑予以加强固定。
4.合型
将上型、下型、型芯等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型，合型是造型的最后一道工序，是关系铸件质量好坏的最重要的工序之一。合型不当会给铸件造成气孔、砂眼、错型、偏芯、披缝等缺陷，严重时则导致铸件报废。
（1）铸型的检验 合型前对型腔的轮廓尺寸及铸型的主要尺寸都要进行检验。
（2）铸型的紧固 砂型合型后，一定要将上、下型用夹具卡紧，或用压铁压住才能进行浇注。
5.熔炼
熔炼的材料一般有：铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢等。其中熔炼铸铁是为了提供化学成分和温度合格的铁液，以获得组织和性能符合要求的铸铁件。可采用的熔炼设备有很多，如冲天炉、反射炉、电弧炉和感应炉等，但以冲天炉应用最多。图2.5所示为冲天炉示意图。
图2.5 冲天炉示意图
1—炉底门启闭装置 2—底座 3—炉底门 4—安全装置 5—风口 6—风箱 7—环形喷淋水管
用冲天炉熔炼铸铁，是以焦炭作燃料、石灰石等作熔剂，以生铁、废钢、铁合金等为金属炉料进行的。熔炼开始时，底焦首先燃烧放出大量热，金属炉料在下落的过程中被预热、熔化和过热，并伴随有一系列的化学反应，使铸铁液的成分和温度发生变化。因此，铁液在冲天炉内的形成，并非只是简单的熔化，而是一个熔炼过程。它包括：
（1）底焦的燃烧 从风口进入冲天炉的空气与风口以上的底焦发生完全燃烧形成CO2，并放出大量的热。离风口距离越远的底焦，其周围炉气中的含氧量越来越少，直到完全消失。从风口到O2完全消失的区域称为氧化带，氧化带的最上层炉温最高，达1600～1700℃。氧化带以上的炉气中含大量CO2，但已无O2存在。在其随后的继续上升的过程中，炉气中的CO2会与焦炭发生还原反应生成CO，并吸收大量的热，使炉气温度降低。当炉气的温度降到1000℃时，CO2的还原会因温度太低而无法进行。这样，从氧化带的最上层到CO2的还原反应停止的区域为还原带。从还原带的最上层到加料口，炉气的温度逐渐降低，这一区域称为预热区。风口以下的区域为炉缸，在其内部无炉气流动，焦炭并不燃烧。图2.6所示为冲天炉内炉气的主要成分和温度分布图。
图2.6 冲天炉内炉气成分和温度分布
（2）金属炉料的熔化 将配比好的金属炉料从加料口加入冲天炉，在迎着上升的高温炉气下落的过程中，逐渐被加热。当被加热到1100～1200℃时，金属炉料开始熔化，变成铁液。在其下落的过程中，经过过热区被进一步加热，最后落到温度较低的炉缸或流至前炉。炉料中的石灰石会在700℃左右分解成石灰（CaO），它能与焦炭灰、炉衬等酸性氧化物结合，生成熔点低、密度小的液态炉渣，便于去除。
在冲天炉的熔炼过程中，应控制好底焦的高度，以保证熔化区位于还原带下方。因为金属炉料在还原带熔化，可以减少金属元素的烧损，也可以使熔化的铁液充分过热，达到较高的出炉温度。
（3）球墨化处理与蠕墨化处理 根据实际需要可以对铁液进行球化处理或蠕化处理，从而得到零件所需的性能要求。对熔炼合格的铁液经过球化处理加孕育处理可以得到球墨铸铁；经过蠕化处理加孕育处理可以得到蠕墨铸铁。
1）球化处理。球墨铸铁（简称球铁）是20世纪40年代发展起来的铸铁，它是一种在浇注前向铁液中加入球化剂和孕育剂而获得球状石墨的铸铁。
与灰铸铁相比，球墨铸铁的生产，无论在熔炼技术上，还是在处理工艺上均有更高要求。
首先，铁液的化学成分控制更为严格。球墨铸铁所用铁液的碳、硅含量比灰铸铁高。这是因为其石墨呈球状，且其数量的多少对铸铁力学性能的影响已不明显，所以确定球墨铸铁的高碳、硅含量，主要是从改善铸造性能和球化效果的目的出发的。碳当量最好选在共晶点附近，由于球化元素的影响，球墨铸铁的共晶点已移至CE为4.6%～4.2%。一般的，球墨铸铁中碳的质量分数控制在3.6%～4.0%的范围；对珠光体基体，球墨铸铁硅中碳的质量分数控制在2.0%～2.5%的范围，对铁素体基体而言，硅的质量分数控制在2.6%～3.1%。球墨铸铁为提高其塑性和韧性，应降低铁液中的锰、磷和硫的含量。锰的质量分数一般不超过0.4%～0.6%；磷的质量分数应限制其＜0.1%；硫是有害元素，不仅会消耗较多的球化剂，影响球化效果，而且还会引起皮下气孔缺陷。因此铁液中硫的质量分数一般限制在0.06%以下。
其次，铁液的出炉温度较高。由于铁液经球化和孕育处理，温度会下降50～100℃，因此为防止浇注温度过低，铁液的出炉温度应高于1400～1420℃。
球化剂是使石墨呈球状析出的添加剂。我国普遍使用的球化剂是稀土镁合金。镁是重要的球化元素，但其密度小、沸点低（1107℃），直接加入铁液会引起铁液的剧烈沸腾和镁的严重烧损。稀土是镧（La）、铈（Ce）、钇（Y）等17个元素的总称，虽然其球化作用比镁弱，但其沸点高于铁液的温度，加入时不会引起铁液的沸腾，且稀土的密度较大，与铁液的作用平稳，还利于脱硫、除气、细化组织和改善铸造性能。采用稀土和镁制得的合金——稀土镁合金，综合了二者的优点，是目前使用最广的球化剂。加入量约为所处理铁液质量的1.3%～1.8%。
除添加球化剂外，还需要添加孕育剂。球化处理后进行孕育的目的是，防止球化元素所造成的白口倾向，促进石墨化并增加共晶团数目。同时，孕育还使得石墨球圆整和细小，从而改善球墨铸铁的力学性能。常用的孕育剂是75%的硅铁，加入量为所处理铁液质量的0.4%～1.0%。
球化处理的方法很多，用得最多的是冲入法，如图2.7所示。先将球化剂放入浇包的堤坝内，上面覆盖硅铁粉和草灰，以防球化剂在铁液冲入时上浮。为使球化剂与铁液的作用缓和，铁液应分两次冲入：即先冲入浇包容量1/3～1/2的铁液，待其与球化剂反应后，再冲入其余的已在出铁槽内孕育处理完的铁液，搅拌扒渣后进行浇注。
此外，还有型内球化法，如图2.8所示。即把球化剂置于铸型浇注系统的反应室，浇
图2.7 冲入法球化处理
1—铁液 2—出铁槽 3—浇包 4—草灰或铁屑 5—硅铁粉 6—合金球化剂
图2.8 型内球化法
1—型腔 2—冒口 3—集渣包 4—直浇道 5—出口 6—球化剂 7—反应室
注时，铁液流经反应室时先与球化剂作用，再进入型腔。这种球化方法的优点是可防止球化衰退，球化率较高，球化剂用量较少，而且获得的石墨球细小，从而使球墨铸铁的力学性能提高。只是其反应室的设计及浇注系统的挡渣措施要合理。
目前较先进的球化方法为喂丝法球化处理，其设备即为喂线机。喂线机制造球墨铸铁的新设备，借助这种设备把包芯线连续不断地射入到铁液包底部，合金包芯线与铁液接触，发生球化处理过程，并达到脱硫、球化、孕育、成分调整的目的。
用喂线机进行脱硫、球化与孕育处理可以消除人为因素的干扰，因而成分重现性好，可以使被处理的铁液的残余镁含量保持在同一数量级，波动范围小，从而使产品质量稳定；此外，操作简单，省时省力，还可对作业产生的烟气和弧光进行管理和控制，从而减少或消除球化作业对环境的污染。
目前喂线机的种类主要有单流喂线机、数控双流喂线机、双流全自动喂线机、四流喂线机以及结晶喂线机等。
2）蠕化处理。蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志着我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。通常蠕墨铸铁是在合格的铁液中加入蠕化剂（镁或稀土），并经过孕育处理后凝固而制得的。
生产蠕墨铸铁件用的铁液成分与生产球墨铸铁件的基本相同，即高碳、高硅，低锰、磷和硫。一般为w（C）：3.0%～4.0%；w（Si）：2.0%～3.0%；w（Mn）：0.4%～0.8%；w（P）＜0.08%；w（S）＜0.04%。蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，但不同于灰铸铁的是其片较短而厚，头部较圆（形似蠕虫）。所以可以认为蠕虫状石墨是一种过渡型石墨。在性能上同时具有灰铸铁和球墨铸铁的一系列优点，主要用来代替高强度灰铸铁、铁素体球墨铸铁等，生产一些大型的复杂铸件，如大型柴油机机体和大型机床立柱等。
蠕墨铸铁强度、硬度及韧性等力学性能均与其蠕化率（VG）有关。
蠕墨铸铁在浇注前应进行蠕化和孕育处理。蠕化处理是采用冲入法把蠕化剂加进铁液。我国多用稀土合金，如稀土硅铁合金和稀土硅钙合金等。国外则多用镁合金作为蠕化剂。生产中常采用球化元素Mg和反球化元素Ti按一定配比组成的蠕化剂，常用的孕育剂也是75的硅铁。
需指出的是，蠕墨铸铁的研究和应用时间不长，应用中还存在问题，即蠕化剂的加入量不易控制。蠕化剂量少了，石墨仍呈片状，铸铁强度达不到要求；蠕化剂量多了，石墨会呈球状，使原设计的铸型条件及浇、冒口工艺不适用，造成铸件报废。
（4）铁液化学成分的控制 在冲天炉的熔炼过程中，金属炉料与灼热的焦炭及炉气直接接触，会使铁液的化学成分发生变化，具体如下：
1）碳：铁液中碳的变化有两方面，一方面碳会被炉气氧化而减少；另一方面，在铁液与焦炭的接触过程中会吸碳而使其增加。所以铁液中的最终碳含量，是由脱碳和渗碳两过程综合决定的。实践证明，铁液的碳含量总是趋向于铸铁共晶点的碳含量，即当金属炉料中的碳的质量分数＜3.6%时，铸铁的熔炼过程将以增碳为主；但＞3.6%时，将以脱碳为主。一般情况下，金属炉料的碳的质量分数＜3.6%，所以铸铁的熔炼多为增碳。实际上，金属炉料中的碳含量越低，铁液的最终碳含量也较低。通常，在生产孕育铸铁、可锻铸铁时，须配入一定比例的废钢。
2）硅和锰：由于炉气呈氧化性，会使铁液中的硅和锰氧化烧损。一般硅烧损10%～20%；锰烧损15%～25%。
3）硫：铁液因吸收了焦炭中的硫，会使硫含量增加50%左右。
4）磷：金属炉料中的磷在熔炼过程中既不增加也不减少，直接全部进入铁液。
为此熔炼前应根据铁液的成分进行配料，即确定每批金属炉料中的生铁、回炉铁及废钢的比例。此外，可以配入一定量的硅铁和锰铁合金，以补足硅和锰的烧损。至于硫和磷的含量，主要靠低硫焦炭和低磷炉料来保证。
（5）其他熔炼设备 铸铁的熔炼还可以采用感应电炉、电弧炉等；而铸钢的炉外精炼有真空氧氩脱碳法、吹氩精炼法等。
其中，感应电炉是目前对金属材料加热效率最高、速度最快，低耗节能环保型的感应加热设备。不仅可以用于金属熔炼，也可用于焊接和热处理，应用范围十分广泛。而电弧炉（EAF）则是利用电极电弧产生来高温熔炼矿石和金属。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适合于优质合金的熔炼。在某厂铸钢车间使用的EAF容量可达60t，电极直径450mm，属于高功率电弧炉。
6.浇注
浇注即将熔炼合格的优质金属溶液（如铁液）灌注到浇注系统中。为保证良好的充型效果，浇注前应做到四项检查：一是检查浇包是否完整，传动机构及专用开关是否灵活，浇包是否烘干，吊环等部件是否安全可靠，修包尺寸有无明显变化。二是检查当班所浇铸件的名称、型号、件号、铁液牌号、质量，工艺卡上有无特殊要求，以及铸件位置是否清楚正确。三是检查铸型浇口杯是否干燥，有无杂物，落包位置是否足够。四是检查浇注所用工具和材料（如电线，渣扒、挡渣工具和材料等）是否齐全，好用。
浇注时五个必须做到：一是按浇注计划规定的铁液质量，必须做到留有余量，其中新产品必须有25%的余量，老产品也应有适量的余量，新产品或有特殊要求的铸件，浇注前由工长或施工人员向工人讲解清楚；二是按工艺要求掌握好浇注温度，重要产品和新产品在浇注前由检查员测试温度，温度达到工艺要求后方可进行浇注；三是要有专人负责打渣、引气，盖挡渣材料；四是将浇包嘴对准铸型浇口杯（不得对着直浇道冲），铁液应平稳地浇入铸型，不得有断流和喷溅现象，浇包嘴在浇注过程中应保持光滑；五是正确控制浇注速度（前、后慢，中间快），铁液要始终充满浇口杯。当铁液将要上升至冒口时，浇注速度应减慢以利排气，并防止铁液从冒口和浇口杯大量溢出堵塞排气孔。
7.落砂与清理
（1）落砂 即在铸型浇注并冷却到一定温度后，将铸型破碎，使铸件从砂型中分离出来。落砂工序通常由落砂机来完成。不同落砂机及其原理见表2.2。
表2.2 不同落砂机及其原理
（2）清理 落砂后的铸件必须经过清理工序，才能使铸件外表面达到要求。清理的方法根据所用工具的不同，可以分为湿法清理和干法清理。湿法清理主要是利用水的作用来进行清理，具体又可分为水力清砂、水爆清砂以及电液清砂等；而干法清理主要利用机械打击或摩擦的方法来进行清理，具体又可分为滚筒清理、抛丸清理以及喷丸清理等。大量铸件的清理工作通常采用干法清理来完成。
1）滚筒清理。利用铸件与星铁之间的摩擦和轻微撞击来实现清理。结构简单，效果好，适用于小型、形状简单，不怕碰撞的铸件。生产效率低，噪声大，已被抛丸清理取代。
2）抛丸清理。抛丸清理利用抛丸机抛头上的叶轮在高速旋转时的离心力，把磨料以很高的线速度射向被处理的铸件表面，产生打击和磨削作用，除去铸件表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度。抛丸处理的效率很高，可以在密封的环境中进行。其优点是：可获得均匀的完工表面；封闭式作业，无粉尘飞扬；速度快，工作效率高，质量稳定，应用广泛。缺点是抛射方向不能任意改变，灵活性差。
3）喷丸清理。利用压缩空气将弹丸喷射到铸件表面以实现清理。操作灵活，可清理复杂内腔和深孔的铸件。但动力消耗大，生产率较低，劳动条件差，不易实现自动化，一般清理复杂铸件或作为抛丸清理的补充。
清理一般在清理室中进行，清理室主要包括以下几种：
①台车式抛丸清理室：适合清理中、大型及重型铸件。
②单钩吊链式抛丸清理室：适合多品种、小批量生产。
③台车式喷丸清理室：适合中、大件及重型铸件。
8.铸件的质量检验
清理完后的铸件要进行质量检验，合格铸件验收入库，废品重新回炉，并对铸件缺陷进行分析，找出主要原因，提出预防措施。铸件质量检验的主要内容及其目的如下：
9.铸件的后处理
对铸件的后处理有热加工和机加工，热加工有热处理和焊接；机加工有切削加工和压力加工。
（1）热处理 为了改善或改变铸件的原始组织，消除内应力，保证铸件性能，防止铸件变形和破坏，铸件清理后，有的需要进行热处理。铸件热处理一般有淬火、退火、正火、铸态调质、人工时效（见时效处理）、消除应力、软化和石墨化处理等。例如，高锰钢铸件要求有很高的耐磨性和足够的韧性，其内部组织为奥氏体。为此，需对铸件进行淬火处理，即将铸件加热到奥氏体区域使其完全奥氏体化后，迅速淬水激冷，使奥氏体来不及转变而保持下来。这一过程也称水韧处理或固溶处理。热处理温度与时间关系如图2.9所示。工件从室温先加热然后保温，最后降温至室温。
图2.9 热处理温度与时间关系
（2）焊接 通过加热或加压或两者并用，也可能用填充材料，使工件达到结合的方法。通常有熔焊、压焊和钎焊三种。焊接前一般需要预热。
（3）机加工 也称切削加工，即用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯削等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。
经检验合格后的产品方可标签、入库。
2.1.1.2 砂型铸造工艺
铸造工艺设计是铸件生产的第一步，需根据零件的结构特点、技术要求、批量大小及生产条件等因素，确定适宜的铸造工艺。包括浇注位置和分型面的选择、工艺参数的确定、芯头和浇注系统的设计及冒口和冷铁的布置等内容。
1.浇注位置和分型面的选择
（1）浇注位置的选择 浇注位置是指铸件浇注时在铸型中所处的空间位置。浇注位置的正确与否，对铸件的质量影响很大，因此应考虑以下几个原则：
图2.10 车床床身浇注位置
①铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。因为在液体金属的浇注过程中，气体和熔渣往上浮；而且由于静压力较小的原因也使铸件上部组织不如下部致密。图2.10所示为车床床身的浇注位置。床身的导轨面是关键部分，要求组织致密且不允许有任何铸造缺陷，因此通常采用导轨面朝下的浇注位置。
②将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷。因为在金属液的充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂，导致金属液钻进裂缝处，这将使该表面产生夹砂缺陷。如图2.11a所示，而图2.11b所示方案则可以防止这种缺陷。
图2.11 大平面的浇注位置
a）大平面出现缺陷 b）合理方案
1—气孔 2—夹砂 3—出气冒口
③具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型下部或处于侧立位置，以免产生浇不到和冷隔等缺陷。如图2.12所示。
④为防止铸件产生缩孔缺陷，应把铸件上易产生缩孔的厚大部位置于铸型顶部或侧面，以便安放冒口进行补缩。如图2.13所示的卷扬筒，其厚端位于顶部是合理的。
图2.12 箱盖浇注位置的比较
a）正确方案 b）错误方案
图2.13 卷扬筒浇注位置
（2）分型面的选择 分型面的选择应遵循以下几个原则：
①尽可能将铸件的重要加工面或大部分加工面及加工基准面置于同一砂箱中，以保证其精度。图2.14所示为一床身铸件，其顶部为加工基准面，导轨部分属于重要加工面，若采用图2.14b所示的分型方案，错型对铸件精度影响很大。而图2.14a所示方案在凸台处增加一个外型芯以整模造型，使加工面和加工基准面处于同一砂箱内，可以保证铸件的尺寸精度，是床身大批量生产时的合理方案。
图2.14 床身铸件的分型方案
a）合理 b）不合理
②选择分型面应方便起模和简化造型工序，尽可能减少分型面和活块的数目。如图2.15a所示的三通，其分型方案采用如图2.15b所示的四箱造型比较合理。
此外，分型面应尽可能平直，如图2.16所示起重臂的分型方案，采用如图2.16b所示的方案分模造型，可避免挖砂或假箱造型，采用图2.16a时，则需假箱造型。
③分型面的选择应尽可能减少型芯的数目。图2.17所示为接头铸件的分型方案。按图2.17a所示方案其内孔的形成需要型芯；而按2.17b所示方案可通过自带型芯来形成内孔，省去了制芯工序及芯盒费用。
图2.15 三通的分型方案
a）铸件 b）四箱造型
1—分型面 2—冒口 3—模样 4—芯头 5—分模面
图2.16 起重臂的分型方案
a）不合理 b）合理
图2.17 接头的分型方案
a）使用型芯 b）自带型芯
④分型面的选择，应便于下芯、合型（扣箱）及检查型腔尺寸。图2.18a所示方案无法检查铸件厚壁是否均匀；而图2.18b所示方案通过增设一节中箱，可在扣箱前检查壁厚以保证铸件壁厚均匀。
图2.18 箱盖的分型方案
a）不合理 b）合理
2.芯头和浇注系统
（1）芯头 芯头设计的好坏，对型芯的定位、稳固、排气以及将其从铸件中清除，起到至关重要的作用。按芯头在铸型中的位置不同，可分为垂直芯头和水平芯头两大类，如图2.19所示，其中，H表示芯头高度；s为芯头与芯座之间的侧面间隙；α为芯头斜度；l为芯头长度；d为芯头直径。
图2.19 型芯的构造
a）垂直芯头 b）水平芯头
垂直芯头的高度主要取决于直径的大小，一般为15～150mm。对于高度较小而且粗的型芯，可以不用上芯头，以便于下芯和扣箱，如图2.20所示。此外，垂直芯头还应有一定的斜度。对于等截面的型芯，其上、下芯头的高度和斜度相等。对于细长且高的型芯，应具备上、下芯头，且下芯头的斜度较小、高度较大，以增加型芯的稳定性；而上芯头的斜度较大、高度较小，以便于合型。
图2.20 垂直芯头的形式
a）上下都有芯头 b）只有下芯头 c）上下都无芯头
水平芯头的长度取决于型芯的长度和芯头的直径，随着型芯长度和芯头直径的增大而增加，在芯头与芯座之间应留1～4mm的间隙，以便下芯和合型，如图2.21所示。
图2.21 水平芯头的形式
此外，无论是水平芯头还是垂直芯头，当其数量不止一个时，应根据其排列方式不同确定芯头的数目。例如，当多个芯头排成一条直线时，只留两个芯头，如图2.22a所示；若多个芯头排成一个平面时，只留三个芯头，如图2.22b所示，虽然2#芯可以从八个位置出芯头，但应选择对称性较好的三个位置出芯头。
图2.22 芯头数量的确定
a）芯头排成直线 b）芯头排成平面
至于具体某个芯头的斜度、间隙、压环砂槽和定位等相关数据可查有关手册而定。
（2）浇注系统的设计 所谓浇注系统是指将金属液引入铸型内所经过的一系列通道。一般由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。如图2.23所示。
1）浇注系统的构成。
①浇口杯。其主要作用一方面是接纳来自浇包的金属液，引入直浇道，防止过浇或溢出；另一方面缓和金属液对铸型的冲击，阻挡金属液中熔渣和气体卷入型腔，增加静压头高度，提高合金液的充型能力。
根据其形状的不同，浇口杯一般分为两种形式，一种为漏斗形，其结构简单，但易产生平涡流，导致将杂质卷入铸型，因此需要设置滤网；另外一种为盆形，其容积大，且挡渣效果好，但金属液消耗较多。
②直浇道。其作用是将金属液自浇口杯平稳引入横浇道中，形成充型静压头。故直浇道的高度应高出型腔内铸件最高点100～200mm，并常作成斜度为1%～2%，上大下小的圆锥形，使金属液在直浇道中充满并呈正压状态流动，防止吸气和杂质进入型腔，而且起模方便。
③横浇道。其作用是向内浇道分配金属液流，搜集、滞留金属液中的杂质。
④内浇道。其作用是将金属液引入型腔，本身无挡渣能力。
内浇道与横浇道的连接方向与液流方向逆向倾斜最好，内浇道的底面应与横浇道底面齐平，内浇道不要开在直浇道下面和横浇道末端。为防止铸型局部过热，大多铸件常开设两个或两个以上内浇道。
图2.23 浇注系统的组成
1—浇口杯 2—直浇道 3—横浇道 4—内浇道
2）浇注系统的分类。可以按内浇道位置，将浇注系统分为顶注式、中注式、底注式及阶梯式等类型，如图2.24所示。每种类型均有自己的特点。
图2.24 按内浇道的位置分类的浇注系统
a）顶注式（雨淋式） b）顶注式（滤网式） c）中间（分型面）注入式 d）底注式 e）阶梯式
1—雨淋杯 2—雨淋杯直浇道 3—铸件 4—直浇道 5—滤网 6—型芯块
①顶注式浇注系统。其优点是容易实现顺序凝固和进行补缩；缺点是金属液对铸型的冲击大，易产生飞溅、氧化和卷入空气。只适合高度不大、形状简单、薄壁或中等壁厚的铸件，不适用于易氧化合金的铸件。
②中注式浇注系统。其横浇道和内浇道均开设在分型面上，易于操作，并便于控制金属液的流量分布和铸型的热分布。所以这种形式的浇注系统应用广泛，主要用于质量中等、高度不大和壁厚也中等的铸件。
③底注式浇注系统。其优点是金属液的充型过程平稳、无飞溅，型腔中的气体易于排出，且挡渣效果好。缺点是不能利用金属液的自重进行补缩。一般多用于易氧化合金铸件的浇注。
④阶梯式浇注系统。它兼有底注式和顶注式浇注系统的优点，即金属液的充型平稳，又利于补缩。缺点是其结构较复杂，增加了造型和铸件清理的难度。一般用于高度较大、结构较复杂或质量要求较高的铸件。
若按浇注系统中最小截面的位置来分，浇注系统有封闭式、开放式和封闭开放式三种，浇注系统各组元的尺寸可根据最小截面尺寸进行计算。
①封闭式浇注系统。浇注系统各组元截面相比较，内浇道的总截面积最小。即F直＞ΣF横＞ΣF内，其比例一般为F直∶ΣF横∶ΣF内=1.15∶1.1∶1。它的优点是挡渣能力好，可以防止浇注时卷入气体，且易清理；缺点是金属液进入铸型的流速高、易喷溅和冲砂，从而造成金属液氧化。主要用于铸铁件的浇注，但不适用于易氧化的有色合金铸件，压头大的铸件及用柱塞包浇注的铸钢件。
②开放式浇注系统。浇注系统的最小截面在直浇道，即F直＜ΣF横＜ΣF内。显然在整个浇注过程中，金属液一直处于未充满状态，故其挡渣能力较差，且会带入大量气体。但由内浇口流出的金属液平稳，对铸型的冲击力小，金属液的氧化也不严重，所以适用于易氧化的有色合金铸件、球墨铸铁件及采用柱塞包的大、中型铸钢件。
③封闭、开放式浇注系统。其阻流截面位于直浇道和内浇道之间的横浇道中的某一位置，截面符合关系：F直＞F阻＜ΣF内。它兼有封闭式和开放式浇注系统的优点，应用也比较广泛。
3）内浇道的设计要求。
①内浇道位置、数目的确定，应符合铸件凝固方式的要求。即顺序凝固时，内浇道应开设在铸件厚壁处，以利补缩；同时凝固时，则应开设在铸件的薄壁处，以减小铸造内应力、变形或裂纹。
②内浇道的开设应避开铸件的重要部位。因内浇道附近易产生晶粒粗大和疏松等缺陷。
③内浇道的开设位置，应使金属液能沿型壁注入，而不直接冲击型芯、型壁、冷铁和芯撑等。
④内浇道的设置应不妨碍铸件收缩，如图2.25所示。
⑤内浇道的设置应方便金属液的充填、排气和挡渣。
⑥内浇道的截面应尽量薄，且开设在铸件易清理部位，以便清理和打磨。如图2.26所示，其内浇道就很难清理。
图2.25 不阻碍收缩的内浇道设计
1—内浇道 2—横浇道 3—铸件
图2.26 不易清理的内浇道设计
1—浇口杯 2—直浇道 3—型芯 4—型腔 5—横浇道 6—内浇道
4）浇注系统的设计步骤。
①选择浇注系统的类型。
②确定内浇道的位置、数目和引入方向。
③确定直浇道的位置和高度。
④通过浇注时间计算法或查表法（经验），确定阻流截面（最小截面）的面积。
⑤确定各浇道截面的比例，并计算各浇道组元的截面大小。
⑥绘出浇注系统图。
5）浇注系统设计合理性的判定原则。
①铸件的凝固方式是否与原定的一致。
②挡渣效果如何。
③金属液进入型腔时，是否冲击铸型或型芯。
④金属液进入铸型时的流程是否最短。
⑤圆柱或圆筒形的型腔，内浇道的开设是否是从单向切线引入的。
3.冒口、冷铁及补贴
（1）冒口 冒口是用以储存补缩金属液并有排气、集渣作用的空腔。冒口常设置在铸件的厚壁处或热节部位，以防止产生缩孔和缩松。冒口的形状多采用圆柱形（因其散热慢、补缩效果好，且易起模）。(www.xing528.com)
1）冒口的分类。冒口的种类很多，但一般按其与外界相通与否，分为明冒口和暗冒口两种。明冒口如图2.27中所示的件2，除补缩外还具有出气、浮渣和用于观察的作用，使用得较多。但由于它存在散热快、消耗金属多等缺点，又出现暗冒口形式，如图2.27中所示的件3。当铸件的热节不在铸型的最高处时，常采用暗冒口补缩。
图2.27 阀体铸件的冒口与冷铁位置
1—直浇道 2—明冒口（顶冒口） 3—暗冒口（侧冒口） 4—冷铁 5—热节
若按冒口与铸件的相对位置分，有顶冒口（图2.27中的件2）和侧冒口（图2.27中的件3）。其中顶冒口的补缩能力较强，即金属液可在重力作用下直接进行补缩。
图2.28 补缩为主的冒口
1—缩孔 2—冒口 3—工艺补正量 4—铸件
2）冒口的设计。图2.28所示是一个套筒形铸钢件，最厚部位上方设有三个冒口，为了观察铸件的断面和冒口中的缩孔，将铸件及其一个冒口切去了一半。图中的工艺补正量是为改善冒口对铸件的补给而在铸件上增设的局部加厚。由于冒口冷却最慢，因补缩和自身收缩而引起的缩孔就会只产生在冒口中。这类冒口及相关工艺补正量的设计是铸造工艺设计中的重要环节。冒口的尺寸一般都用计算方法确定，重要的大型铸件可用计算机辅助设计。可通过多种技术措施来提高冒口的补缩效率，例如，中、小型铸件可在冒口周围加一个保温套或发热套，以减缓冒口的凝固速度达到缩小冒口尺寸的目的；大型铸件除保温套或发热套外，还可在冒口顶部用电弧或火焰加热以减缓其凝固速度。提高冒口补缩效率的另一种途径是采用不同的方法增加冒口中的压力。
功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相同，所以，冒口的设计要考虑铸造合金的性质和铸件的特点。
①对于凝固过程中体积收缩不大的合金（如灰铸铁），或不产生集中缩孔的合金（如锡青铜），冒口的作用主要是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属液，以减少铸件的缺陷。这种冒口多置于内浇口的对面，其尺寸也不必太大。
②对于要求控制显微组织的铸件，冒口应能收集液流前沿已冷却的金属液，避免铸件上出现过冷组织。这类冒口的大小和设置部位，应根据铸件的显微组织要求确定。
③冒口的尺寸应保证冒口中的金属液比铸件需要补缩的部位要凝固得晚，并有足够量的金属液供给。
④冒口的数目应根据有效补缩距离和铸件上需要补缩部位的多少而定。所谓冒口的有效补缩距离是指冒口能补缩到的最大距离。
⑤为增大冒口的有效补缩距离，冒口常与冷铁配合使用，或采用补贴工艺。
（2）冷铁的应用 冷铁是用铸铁、钢或铜等金属材料制成的，是用于增大铸件局部冷却速度的激冷物。一般在造型时设放在需要提高冷却能力的局部铸型处，以调节铸件的凝固方式。若铸件上的热节不止一处时，可在远离冒口的热节处安放冷铁，如图2.27中所示的件4，以加快此处金属液的凝固，为实现顺序凝固进行补缩。
（3）补贴的应用 对于一些壁厚均匀的薄壁件，只单方面地增加冒口的直径和高度来增大冒口的有效补缩距离，补缩的效果是有限的。如图2.29a所示，被补缩部位仍然有缩孔和缩松缺陷；若在铸件垂直壁上部与冒口根部的连接处，增加一个楔形厚度，使铸件的壁厚朝冒口方向逐渐增大，就会形成一个从铸件到冒口逐渐增大的温度梯度，从而增大冒口的有效补缩距离，消除该处的缩孔和缩松，如图2.29b。从铸件到冒口所增加的楔形部分即称为补贴。
图2.29 铸钢轮缘处的补缩采用冒口加补贴
a）无补贴 b）增加补贴
1—轮缘 2—轮辐 3—冒口补贴 4—冒口
2.1.1.3 特种铸造
特种铸造是指除砂型铸造以外的铸造方法。特种铸造种类繁多，如常用的熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造、石墨型铸造、真空吸铸、消失模铸造等，每一种均有其各自的特点和适用范围。
1）特种铸造的基本特点：
①改变铸型的制造工艺或材料。
②改善液体金属充填铸型及随后的冷凝条件。
对于每一种特种铸造方法，它可能只具有某一方面的特点，也可能同时具有两方面的特点。例如，压力铸造，采用金属型或熔模型壳的低压铸造，采用石膏型的差压铸造，离心铸造等均具有两方面的特点；而陶瓷型精密铸造、消失模铸造等只是改变了铸型的制造工艺或材料，金属液充填过程仍是在重力作用下完成的。
2）特种铸造的优点包括：
①铸件尺寸精确，表面粗糙度值低，更接近零件最后尺寸，从而易于实现少切削或无切削加工。
②铸件内部质量好，力学性能高，铸件壁厚可以减薄。
③减低金属消耗和铸件废品率。
④简化铸造工序（除熔模铸造外），便于实现生产过程的机械化、自动化。
⑤改善劳动条件，提高劳动生产率。
特种铸造属先进铸造，是铸造技术在精密、洁净和高效方向的发展，其中最主要的发展表现为铸造过程数控自动化与铸造工艺的绿色化。
1.熔模铸造
熔模铸造又名“失蜡铸造”，是采用易熔的蜡质材料制成模样，然后用造型材料将其包覆若干层，待其干燥硬化后将蜡模熔化获得无分型面的壳型，经烘干后浇注金属液而获得铸件的铸造方法。
（1）熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺流程如图2.30所示。
图2.30 熔模铸造的工艺流程
a）母模 b）压型 c）熔蜡 d）制造熔模 e）单独熔模 f）组合熔模 g）结壳，熔出熔模 h）填砂，浇注
1）制造母模。母模是铸件的基本模型，用来制造压型。
2）制造压型。压型是制造蜡模的模具，有很高的精度和表面粗糙度要求。制造压型要考虑蜡模及铸件的双重线收缩率。成批、大量生产时，压型通常用金属材料制成；单件、小批时，常用石膏来制造。
3）制造熔模。将糊状的蜡基材料（由50%石蜡和50%硬脂酸组成），在压力下充满压型，冷凝后取出，经修整毛刺后便获得一个熔模。为一次能浇注出多个铸件，可将多个熔模焊成熔模组。
4）型壳的制造。
①结壳：先在熔模上涂挂耐火涂料（一般由水玻璃和石英粉制成，或硅酸乙酯水解液和刚玉粉制成），然后撒上一层细石英砂，将其放入氯化铵水溶液中硬化或通氯气硬化。重复进行挂涂料、撒砂和硬化3～7次，直至型壳厚度为5～10mm。
②脱模：通常将型壳浸泡在85～95℃的热水中，熔模自行熔化后从型壳中脱出，获得与铸件形状一致的型腔。熔模也可在高压蒸汽中熔化脱出。
③焙烧：将型壳在800～1000℃下加热，以清除型壳内的残余物和水分，并进一步提高型壳的强度。
④填砂：为加固型壳以防其在浇注时发生变形或破裂，需在焙烧后的型壳周围用干砂填紧。
⑤金属液的浇注、落砂和清理：型壳经焙烧后应马上浇注，以保证金属液有足够的充型能力。铸件凝固后落砂，并对其进行清理和检验。
（2）熔模铸造的特点及适用范围
1）获得铸件精度高，尺寸公差可达IT11～IT13；表面粗糙度值低，Ra值为12.5～1.6μm。因此采用熔模铸造获得的涡轮发动机叶片等零件，无需机加工即可直接使用。
2）适合于各种合金的铸件。无论是有色合金，还是黑色金属，尤其是适用于熔点高、难切削的高合金铸钢件的制造，如耐热合金、不锈钢和磁钢等。
3）可铸出形状较复杂、无需分型的铸件。其最小壁厚可达0.3mm，可铸出孔的最小孔径为0.5mm。
4）铸件的质量一般不超过25kg。
总之，熔模铸造是实现少切削或无切削的重要铸造方法。主要用于制造汽轮机、燃气轮机和涡轮发动机的叶片和叶轮，切削刀具以及航空、汽车、拖拉机、机床的小零件等。
2.消失模铸造
消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模样粘结组合成模样簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模样汽化并占据模样位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。对于消失模铸造，有多种不同的叫法。国内主要的叫法有“干砂实型铸造”“负压实型铸造”，简称EPC铸造。国外的叫法主要有：Lost Foam Process（U.S.A）、Policast Process（Italy）等。与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。图2.31所示为消失模自动化生产线布置图。
3.金属型铸造
将金属液浇注到金属铸型中，待其冷却后获得铸件的方法称为金属型铸造。由于金属型能反复使用多次，又称为永久型铸造。
（1）金属型的结构 一般金属型用铸铁或铸钢制成。铸件的内腔既可用金属芯、也可用砂芯。金属型的结构有多种，如水平分型、垂直分型及复合分型，如图2.32所示。其中垂直分型便于开设内浇道和取出铸件；水平分型多用来生产薄壁轮状铸件；复合分型的上半型是由垂直分型的两半型采用铰链连接而成，下半型为固定不动的水平底板，主要应用于较复杂铸件的铸造。
图2.31 消失模自动化生产线布置图
1—风力输送机 2—砂冷却装置 3—翻转式落砂机 4—砂箱及辊道 5、7—振动台 6、8—砂斗 9—浇注 10—除尘器 11—真空系统
图2.32 金属型的结构
a）水平分型 b）垂直分型
1—上型 2—下型 3—型块 4—型芯 5—型腔 6—止口定位 7、10—金属型 8—两侧型芯 9—中间型芯 11—圆孔型芯
（2）金属型铸造的工艺特点 金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不到、冷隔、裂纹及白口组织等缺陷。此外，金属型反复经受灼热金属液的冲刷，会降低使用寿命，为此应采用以下辅助工艺措施。
1）预热金属型。浇注前预热金属型，可减缓铸型的冷却能力，利于金属液的充型以及铸铁的石墨化过程。生产铸铁件，金属型预热至250～350℃；生产有色金属件预热至100～250℃。
2）刷涂料。为保护金属型和方便排气，通常在金属型表面喷刷耐火涂料层，以免金属型直接受金属液的冲蚀和热作用。调整涂料层厚度可以改变铸件各部分的冷却速度，并有利于金属型中的气体排出。浇注不同的合金，应喷刷不同的涂料。例如，铸造铝合金件，应喷刷由氧化锌粉、滑石粉和水玻璃制成的涂料；对灰铸铁件则应采用由石墨粉、滑石粉、耐火黏土粉及桃胶和水组成的涂料。
3）提高浇注温度。金属型的导热性强，因此采用金属铸型时，合金的浇注温度应比采用砂型高出20～30℃。一般地，铝合金为680～740℃；铸铁为1300～1370℃；锡青铜为1100～1150℃。薄壁件取上限，厚壁件取下限。铸铁件的壁厚不小于15mm，以防出现白口组织。
4）开型。开型越晚，铸件在金属型内的收缩量越大，取出越困难，而且铸件易产生大的内应力和裂纹。通常铸铁件的出型温度为700～950℃，开型时间为浇注后10～60s。
（3）金属型铸造的特点和应用范围 与砂型铸造相比，金属型铸造有如下优点：
1）复用性好，可“一型多铸”，节省了造型材料和造型工时。
2）由于金属型对铸件的冷却能力强，使铸件的组织致密、力学性能高。
3）铸件的尺寸精度高，公差等级为IT12～IT14；表面粗糙度值较低，Ra为6.3μm。
4）金属型铸造不用砂或用砂少，改善了劳动条件。
但是金属型铸造的制造成本高、周期长、工艺要求严格，不适用于单件小批量铸件的生产，主要适用于有色合金铸件的大批量生产，如飞机、汽车、内燃机、摩托车等用的铝活塞、气缸体、气缸盖，油泵壳体及铜合金的轴瓦、轴套等。对黑色合金铸件，也只限于形状较简单的中、小铸件。
4.压力铸造
压力铸造是在专用设备——压铸机上进行的一种铸造。即在高速、高压下将熔融的金属液压入金属铸型，使其在压力下凝固获得铸件的方法。常用的压力为几个至几十个兆帕，充型时间为0.01～0.2s，充型速度为0.5～50m/s。
（1）压铸机的种类 根据压室的不同，压铸机分为热压室和冷压室两种。
1）热压室压铸机。将压室与熔化金属液的坩埚连成一体，压射活塞浸在金属液中，采用杠杆机构使活塞动作以实现压铸过程。热压室压铸机的工作原理如图2.33所示。
图2.33 热压室压铸机的工作原理
1—压铸型 2—喷嘴 3—金属液 4—压射活塞 5—坩埚 6—进口 7—压室 8—通道
压铸机的工作过程：当压射活塞上升时，金属液进入通道和压室；压射活塞下压将金属液压入铸型；铸件在压力作用下凝固后，开启动型取出。
热压室压铸机的优点是生产效率高、金属浪费少、工艺稳定，由于金属液较干净，获得铸件的质量好，易于实现自动化。但由于压室和活塞长期浸在金属液中，使其使用寿命有限。目前热压室压铸机只用于压铸一些低熔点合金铸件，如铅、锡和锌等合金件。
2）冷压室压铸机。压室与熔炉分开，压铸时，先用定量勺从保温炉中将金属液倒入压室，然后使活塞动作进行压铸。根据活塞加压方向的不同，又分为卧式和立式两种。如图2.34和2.35所示。相比而言，冷压室压铸机的压室与金属液接触时间短，适合于铸造熔点较高的合金，如铜、铝和镁等有色合金及一些黑色合金的铸件。
图2.34 卧式冷压室压铸机及其工作流程
a）合型，向压室注入液体金属 b）液体金属压入铸型 c）芯棒推出，压型分开 d）柱塞退回，推出铸件
1—芯棒 2—定型 3—动型 4—柱塞 5—压室 6—压铸件
图2.35 立式冷压室压铸机及其工作流程
a）合型并注入金属液 b）加压 c）开型取出铸件
1—压室 2—压缩活塞 3—铸型 4—下活塞 5—剩余金属 6—铸件
（2）压力铸造的特点及应用
1）压铸的生产率高，可达50～500件/h，便于实现自动化。
2）获得铸件的尺寸精度高，达IT11～IT13；表面粗糙度值低为Ra3.2～0.8μm。使一些铸件无需机加工就可直接使用，还可压铸结构复杂的薄壁件。
3）由于金属铸型的冷却能力强，可获得细晶粒组织的铸件，其机械强度比砂型铸件提高25%～40%。
4）便于实现嵌铸，即将其他金属或非金属零件先嵌放在压铸型内，再压铸另外一种金属与其合铸成一体。采用嵌铸法可铸出一些形状复杂的零件，如图2.36所示。此外，嵌铸法可使铸件的某些局部性能提高，如耐磨性、导热性、导磁及绝缘性等。
图2.36 嵌铸件
a）嵌铸件 b）整体件 c）镶嵌件
1—嵌件 2—压铸合金
总之，压铸是实现少切削、无切削的一种重要方法，但也存在不足：
1）压铸设备投资大，压铸型的制造成本高，一般只用于大量生产。
2）可压铸的合金种类受限制，很难适用于钢和铸铁等高熔点合金。
3）由于压铸时的充型速度快，型腔中的空气很难完全排出，且厚壁处也很难补缩，使铸件内部不能避免气孔和缩松缺陷。
4）压铸件不宜进行热处理或在高温下使用，以免压铸件气孔中的气体膨胀，引起零件的变形和破坏。
由于压铸的以上特点，使它广泛应用于大批量有色合金铸件的生产。其中铝合金压铸件占的比重最大，约30%～50%，其次是锌合金和铜合金铸件。
压铸件应尽量避免机加工，以防内部孔洞外露。目前，已出现真空压铸、加氧压铸等新工艺，可大大减少铸件中的孔洞缺陷，使其发挥更大的潜力。
5.低压铸造
低压铸造是采用比压力铸造低的压力（一般为0.02～0.06MPa），将金属液从铸型的底部压入，并在压力下凝固获得铸件的方法，如图2.37所示。
（1）低压铸造的工艺过程
1）将金属液、升液管和铸型装配好，盖好密封盖。
2）向密封金属液的坩埚中，通入干燥的压缩空气（或惰性气体），使金属液在压力作用下，自下而上地通过升液管而进入铸型，并在压力下凝固。
3）解除压力，使升液管和浇注系统中未凝固的金属液流回坩埚。
4）打开铸型，取出铸件。
图2.37 低压铸造工作原理
a）带温保护 b）不带温保护
1—坩埚 2—升液管 3—金属液 4—进气管 5—密封盖 6—浇道 7—型腔 8—铸型
（2）低压铸造的特点及应用 低压铸造介于重力铸造和压力铸造之间，它具有以下优点：
1）浇注及凝固时的压力容易调整、适应性强，可用于各种铸型、合金及尺寸的铸件。
2）底注式浇注充型平稳，可减少金属液的飞溅及对铸型的冲刷，可避免铝合金件的针孔缺陷。
3）铸件在压力下充型和凝固，其浇道能提供金属液来补缩，因此铸件轮廓清晰，组织致密。
4）低压铸造的金属利用率高，可达到90%以上。
5）设备简单，劳动条件较好，易于机械化和自动化。
低压铸造的主要缺点是升液管使用寿命短，且在保温过程中金属液易氧化和产生夹渣。
低压铸造主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、气缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。
6.离心铸造
离心铸造是将金属液浇入高速旋转（250～1500r/min）的铸型中，并在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。其铸型可以是金属型，也可以是砂型，既适合制造中空铸件，也能用于生产成形铸件。
（1）离心铸造的种类
1）立式离心铸造。立式离心铸造机的铸型绕竖直轴旋转，金属液的自由表面在离心力作用下呈抛物面，所以它主要用来生产高度小于直径的盘、环类铸件，也可用于浇注成形铸件，如图2.38所示。
图2.38 立式离心铸造机
1—上半铸型 2—浇包 3—浇口杯 4—型芯 5—离心机转台 6—机架 7—锥齿轮 8—电动机 9—主轴 10、12—径向轴承 11—止推轴承 13—下半铸型 14—金属型 15—定量浇口杯 16—外壳 17—轴承
2）卧式离心铸造。卧式离心铸造机的铸型绕水平轴旋转，铸件的各部分冷却速度和成形条件相同，所以其壁厚沿径向和轴向都均匀。主要用来生产长度大于直径的套、管类铸件，如图2.39所示。
图2.39 卧式离心铸造机
1—前盖 2—衬套 3—金属型 4—后盖 5—轴承 6—联轴器 7—电动机 8—铸件
（2）离心铸造的特点及应用
1）铸件组织致密、无缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，所以力学性能好。因为金属液在离心力作用下充型和凝固，铸件的凝固从外向内进行，不仅易于补缩，而且使气体、夹渣聚集在铸件内表面便于消除。
2）由于离心力的作用，金属液的充型能力好，可以浇注流动性差的合金和壁薄的铸件。
3）便于铸造双层金属的铸件。如钢套镶铜轴承，可节约铜合金。
4）生产中空铸件无需型芯和浇注系统，节约了金属。
5）易产生重力偏析缺陷，且铸件内表面粗糙。
离心铸造主要用来生产大批量套、管类铸件，如铸铁管、铜套、缸套，双金属钢背铜套等。此外，还可以用于轮盘类铸件，如泵轮、电动机转子等铸件的制造。
7.真空吸铸
真空吸铸是利用真空系统装置，在结晶器内造成负压，将熔融金属从坩埚吸入圆筒形石墨铸型或金属型中，并保持一定时间而获得铸件的方法。真空吸铸原理如图2.40所示。
图2.40 真空吸铸原理图
1—真空罐 2、4—截止阀 3—水银压力计 5—泄压阀 6—结晶器（铸型） 7—石墨坩埚 8—熔融金属 9—炉子
（1）真空吸铸的基本原理 将与真空系统连接的结晶器（即铸型），浸入金属液，抽真空使结晶器内成负压而将金属液吸入，由于结晶器壁内通有循环冷却水，所以其中的金属液可实现由外向中心的顺序凝固，当凝固层达到所需尺寸时，关闭真空泵使结晶器内未凝固的金属液返回坩埚。这样就获得了筒形铸件。铸件的长度取决于结晶器的长度，厚度则取决于凝固时间。这种无型芯生产筒形铸件的方法与砂型铸造、离心铸造以及连续铸造方法相比，其装备费用较低。
（2）真空吸铸的特点和应用范围
1）由于结晶器内的空气压力小，减小了金属液在充型时的吸气倾向。
2）获得铸件的组织致密、晶粒细小、无气孔和砂眼等缺陷，提高了铸件的力学性能。
3）铸件不用浇口、冒口，减少了金属的消耗。
4）生产率高，易于实现机械化和自动化。
5）通过控制凝固时间，可以生产不同壁厚的管子。
6）不能生产形状复杂的铸件，且铸件的内表面不光滑，尺寸不易控制。
真空吸铸主要用来生产内燃机的铜合金轴套和铝合金锭坯等。
8.连续铸造
连续铸造简称连铸，是将金属液不断地浇入被称为结晶器的铸型的一端，并从另一端将凝固了的铸件连续不断地拉出，从而获得任意长度或特定长度的等截面铸件的方法。
连续铸造时，当自结晶器内拔出的在空气中已凝固的铸件达到一定的长度后，在不终止铸造过程的情况下，完全凝固的铸件按一定长度被截断，移出连续铸造机之外。
半连续铸造是在铸件达到一定长度后，停止铸造过程，取走整个铸件后，再重新开始连续铸造过程。
（1）连续铸造工艺过程 连续铸锭工艺过程如图2.41所示。分为立式和卧式两种，其中立式连续铸坯的过程为：先在结晶器下端插入引锭形成铸锭的底，当浇入一定高度的金属液后开动拉锭装置，铸锭随引锭下降，这样金属液不断地从结晶器上端浇入，连续地将铸锭从结晶器下端拉出。卧式连续铸坯的工艺与此相似。而管材的连续铸造工艺设计，在结晶器中央需再加一内结晶器，以形成铸管的内腔，如图2.42所示。
图2.41 连续铸锭工艺过程
a）立式连续铸坯 b）卧式连续铸坯
1—浇包 2—浇口杯或中间浇包 3—结晶器 4—铸坯 5—引锭 6—保温炉 7—石墨工作套 8—引拔辊 9—切割机
图2.42 连续铸管示意图
1—外结晶器 2—转动浇口杯 3—内结晶器 4—液穴 5—铸铁管 6—承口芯 7—承口底盘
（2）连续铸造的特点及应用
1）金属液在结晶器内冷却迅速，所以铸件的组织致密、均匀、力学性能好。
2）连续铸造无需浇注系统和冒口，故连续铸锭在轧制时无需切头去尾，可节约金属。
3）简化了铸造工序，省去了造型、落砂等工序，减轻了劳动强度，节省了占地面积。
4）连续铸造易于实现机械化和自动化，还可以实现连铸连轧，提高了生产效率。
连续铸造在国内外应用广泛，图2.43和图2.44所示分别为铸铁水平连续铸造和立弯式连续铸造工艺流程图。
图2.43 铸铁水平连续铸造示意图
1—保温炉 2—结晶器 3—切割机 4—压断机 5—铸铁型材 6—牵引机
图2.44 立弯式连续铸造示意图
1—中间包 2—结晶器 3—结晶器振动装置 4—上下导辊 5—二次冷却区 6—整直拔坯机 7—火焰气割机 8—定常距 9—水平输送辊 10—钢坯 11—翻转 12—入库打包
2.1.1.4 合金的铸造性能
铸造性能是指合金铸造成形获得优质铸件的能力。合金的铸造性能指标有：流动性、收缩性、氧化性、偏析、吸气性等。
1.合金的流动性
合金的流动性指熔融合金的流动能力。合金的流动性好，易获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件；流动性好的合金，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体的上浮及排出；流动性好的合金可使铸件的凝固收缩部分及时得到液态合金的补充，从而可防止铸件中产生缩松、缩孔等缺陷。合金的流动性不仅与合金本身的性质有关，而且与浇注条件、铸型材料和铸型条件等有关。
2.合金的收缩性
合金由液态向固态的冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。合金的收缩分为三个阶段，即：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。
合金的收缩程度主要受合金化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件等影响。
1）化学成分：如碳素钢随碳含量的增加，凝固收缩增加，而固态收缩稍减；灰铸铁中的碳是石墨化的元素，硅是促进石墨化的元素，所以碳、硅含量越多，收缩越小。
2）浇注温度：浇注温度越高，过热度越大，合金的液态收缩也越大。
总体而言合金的收缩对铸件质量是不利的，主要是导致铸件产生缩松和缩孔、铸造内应力、变形以及裂纹等缺陷。
浇入铸型中的液态合金，在随后的冷却和凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩引起的容积缩减得不到补充，则在铸件上最后凝固的部位会形成一些孔洞。其中容积较大的孔洞称为缩孔，细小且分散的孔称为缩松。
（1）缩孔 一般出现在铸件上部或最后凝固的部位，形状多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件内层。结晶温度范围越窄的铸造合金，越倾向于逐层凝固，也就越容易形成缩孔。缩孔形成过程示意图如图2.45所示。
图2.45 缩孔的形成过程示意图
首先液态合金充满铸型，由于铸型的冷却作用，使靠近铸型表面的一层液态合金很快凝固，而内部仍然处于液态；随着铸件温度的继续下降，外壳的厚度不断加厚，内部的液态合金因自身的液态收缩和补充外壳的凝固收缩，使其体积减小，从而引起液面下降，使铸件内部出现空隙；铸件逐层凝固，直到完全凝固，在其上部形成缩孔；继续冷却至室温，固态收缩会使铸件的外形尺寸略有缩小。总之，铸造合金的液态收缩和凝固收缩越大，缩孔的体积就越大。
（2）缩松 缩松是铸件最后凝固的区域没能得到液态合金的补充而造成的分散、细小的缩孔。根据分布形态，缩松分为宏观缩松和微观缩松两类：
1）宏观缩松。指用肉眼或放大镜可以看到的细小孔洞。通常出现在缩孔的下方，如图2.46所示。
2）微观缩松。是指分布在枝晶间的微小孔洞，在显微镜下才能看到。这种缩松的分布面更大，甚至遍及铸件整个截面，也很难完全避免。对于一般铸件不作为缺陷对待，而一些对致密性和力学性能要求很高的铸件，则不能有该缺陷存在。
一般而言，倾向于逐层凝固的合金，如纯金属、共晶成分的合金或结晶温度范围窄的合金，形成缩孔的倾向大，不易形成缩松；而另一些倾向于糊状凝固的合金，如结晶温度范围宽的合金，产生缩孔的倾向小，却极易产生缩松。缩孔和缩松可在一定范围内互相转化。
图2.46 宏观缩松
（3）缩孔和缩松的防止 采用适当的工艺措施，使铸件实现顺序凝固，即可获得无缩孔的铸件。
所谓顺序凝固是指，采取适当的工艺措施，使铸件远离冒口或浇道的部位最先凝固，如图2.47中所示的部位Ⅰ，其次是铸件部位Ⅱ和部位Ⅲ相继凝固，最后是冒口自身凝固。这样，铸件最先凝固的部位Ⅰ由冷却和凝固引起的体积缩减，可由较后凝固的部位Ⅱ的液态合金补充；部位Ⅱ的收缩由部位Ⅲ的液态合金补充；最后部位Ⅲ的收缩由冒口中的液态合金来补充，铸件各部位的收缩均能得到补充，将缩孔转移至冒口中。去除冒口，便获得致密的铸件。
为了实现顺序凝固，除在铸件的厚大部位安放冒口外，还可以采取一些其他辅助措施，如安放冷铁或设置补贴。
1）安放冷铁。如图2.48所示，由于铸件上容易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个，仅靠铸件顶部的冒口补缩，难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔。为此，在该处设置冷铁，以加快其冷却速度，使其最先凝固，以实现自下而上的顺序凝固。因此，冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序。冷铁通常采用钢、铸铁或铜等制成。
图2.47 顺序凝固
1—浇道 2—冒口 3—铸件
图2.48 冷铁的应用
1—冷铁 2—冒口
正确确定铸件产生缩孔或缩松的位置，是合理安放冒口和设置冷铁的依据。通常采用“凝固等温线法”和“内切圆法”近似确定缩孔的位置，如图2.49所示。凡是等温线未穿过的区域和内切圆的直径最大处，即为易出现缩孔的热节。
图2.49 缩孔或缩松的位置确定方法
a）等温线法 b）内切圆法
2）设置补贴。对于一些壁厚均匀的铸件，如图2.50所示，采取顶部设冒口和底部安放冷铁的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松。因此，需在其立壁上增加补贴，即一个楔形厚度，使其形成一个从下而上递增的温度梯度，才能实现该铸件的顺序凝固。
图2.50 设置补贴防止缩孔
1—冒口 2—冒口补贴 3—外冷铁
虽然安放冒口、增设冷铁和补贴，使铸件实现顺序凝固，可有效防止铸件产生缩孔和缩松，但由于顺序凝固扩大了铸件各部分的温度差，铸件产生变形和裂纹的倾向变大。因此，顺序凝固主要应用于必须补缩的场合，如铝青铜件和铸钢件的生产。而结晶温度范围很宽的合金，倾向于糊状凝固，发达的树枝晶布满了整个截面，使冒口的补缩通道严重受阻，即使采用顺序凝固也很难避免显微缩松的产生，在这种情况下，应尽量采用近共晶成分或窄结晶温度范围的合金来生产铸件。
（4）铸造内应力、变形和裂纹 铸造过程中产生的内应力，究其原因，主要包括热应力和机械应力两类。
1）热应力：它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件的各部分收缩不一致而引起的。
2）机械应力：它是合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻力而形成的内应力。
可采用同时凝固法或提高铸型的退让性有效地减小或防止内应力的产生。
3.合金的偏析和吸气性
（1）合金的偏析 铸件内部化学成分分布不均匀的现象称为偏析。偏析可分为三种类型，即晶内偏析、区域偏析和重力偏析。对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有一种主要形式，但有时，由于铸造条件的影响，几种偏析形式也可能同时出现。
1）晶内偏析。又称树枝状晶偏析，简称枝晶偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成分不一致，并且往往在初晶轴线上含有较多熔点较高的成分。例如，锡青铜在晶粒轴线上往往含铜较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是晶内偏析。铸件内产生晶内偏析，一般有两个先决条件，①合金的凝固有一定的温度范围；②合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速度。一般情况下，合金的凝固温度范围越大，铸件结晶及冷却速度越快，则原子扩散越难于进行完全，晶内偏析现象越严重。因此，晶内偏析多产生于凝固温度范围较大，能形成固溶体的合金中。为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注温度，延缓冷却速度，以延长原子扩散时间。但浇注温度不得过高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长时间的扩散退火热处理，以求得到改善。
2）区域偏析。在整个铸件断面上，各部分化学成分不一致的现象，这主要是由于合金进行选择凝固所引起的。区域偏析可分为正向和逆向偏析两种，正向偏析是熔点较低的成分或合金元素溶质集中在铸件的中心和上部，其含量从铸件边缘至中心逐渐增加；逆向偏析则相反，熔点较低的成分或合金元素溶质集聚在铸件边缘。如在铜合金中，硅黄铜易出现正向偏析，即铸件中心含硅较多；锡青铜则易产生逆向偏析，即铸件表面层含锡较多。合金在一定温度范围内结晶，是产生区域偏析的基本原因。当凝固温度范围较小时，一般倾向产生正向偏析；当凝固温度范围较大，树枝状晶又很发达时，较易产生反向偏析。铸件表面常出现的一种含溶质元素较多的“汗珠”“偏析疤”，这是一种反向偏析现象，如锡青铜铸件表面的“锡汗”就是这种情形。当合金表面形成一层硬壳以后，或因内部合金液析出气体的压力作用，或因硬壳的固态收缩承受不了内部合金液的静压力的作用，或因铸件本身产生热应力等缘故而使其硬壳断裂，未凝固的液体中含溶质较多，因此熔点较低，流出硬壳以外并出现在铸件表面的结果。对此情况，常需加强对合金的除气精炼等措施加以防止。对于区域偏析，不能以扩散化退火去消除，因为偏析区域较广，要求偏析元素的扩散距离较长，在使用的退火温度和时间内不可能均匀扩散。故应以预防为主的原则加以避免。为此，①要正确选择合金；②要有合理的铸件结构，如避免肥厚断面以防止铸件出现区域偏析；③要正确控制冷却速度，如使冷却速度很慢，结晶过程可以按稳定系统进行；或使冷却速度很快，整个结晶过程可以在很短时间内完成。
3）重力偏析。由于合金中两组元密度不同，而在同一铸件中出现上下部分成分不一致的现象，称为重力偏析。出现这种偏析时，铸件上部合金中某一成分较多，而下部另一成分较多。重力偏析形成的具体原因有所不同，有的是因为合金中两组元在液态下互不相溶，如钢铅合金，当合金液放置过久时，便形成互不渗合的分层，密度大的合金组元沉在下面，而密度小的浮在上面；有的是因为在搅拌不均的情况下，当合金进行选择凝固时，在生长的晶体四周，所形成的含合金元素较多的液体，由于密度与母液不同而上浮或下沉；有的是因为先形成的含合金元素较少的晶体，由于密度与母液不同而上浮或下沉。此外，如果初晶形状简单，分叉很少，则使重力偏析很易发生。轴承合金中，铅基或锡基巴氏合金最易产生这后一类偏析。另一方面，铸件的凝固方向对重力偏析影响也很大。如果凝固次序是自下而上，则对于初生晶体密度较大的合金来说，其中密度较小的低熔点相很容易上浮，加剧重力偏析；反之，初生晶体密度较小时，则会减轻重力偏析。对于易产生重力偏析的合金，必须采取措施，防止缺陷的形成。一般采取的工艺措施是：认真控制熔炼工艺，尤其在熔炼中和浇注前要充分搅匀；尽量减少合金液放置时间；加入某种合金元素，改变初晶形状；加快冷却速度，如在冷水喷射器冷却下，浇注铅青铜轴瓦；合理控制铸件凝固方向等。较严重的铸件偏析缺陷，通过宏观分析即可发现。轻微偏析处则需经金相检验及化学成分分析才能发现。
（2）合金的吸气性 合金在加热过程中不断吸收与其相接触的气体的现象，称为合金的吸气性。合金的吸气性会导致铸件内产生气孔。因此，为防止气体进入金属液，一方面可以采用覆盖剂保护、采用真空熔炼和浇注以去除金属液中的气体；另外，也可以通入氯气（或加氯盐），将溶解于合金液中的气体去除；此外，为阻止气体从金属中析出，可以采用增高压力的措施。
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