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第1篇　概论1

1 铸造行业及铸造技术的作用与地位3

2　辉煌的历史3

3　巨大的成就5

4　铸造技术发展趋势7

4.1 铸件的轻量化8

4.2 铸件的精确化——新一代的精确铸造技术9

4.3 数字化铸造——铸造过程的模拟仿真11

4.4 网络化铸造11

4.5 洁净化铸造——绿色铸造13

5 结束语13

参考文献14

第2篇 铸造合金及其熔炼15

第1章 铸铁及其熔炼17

1 铸铁的基础知识17

1.1 铁-碳相图17

1.2 铸铁的种类及组织与性能特点20

1.3 铸铁的凝固结晶过程20

1.4 连续冷却过程铸铁的固态相变30

1.5 影响铸铁铸态组织的主要因素31

2 灰铸铁37

2.1 灰铸铁的牌号及金相组织37

2.2　灰铸铁的性能43

2.3 灰铸铁的生产51

3 球墨铸铁57

3.1 球墨铸铁的牌号及金相组织57

3.2　球墨铸铁的性能67

3.3 球墨铸铁的生产72

3.4　球墨铸铁的热处理79

4 蠕墨铸铁82

4.1 蠕墨铸铁的牌号及金相组织82

4.2 蠕墨铸铁的性能特点84

4.3 蠕墨铸铁的生产及其控制87

4.4　蠕墨铸铁的应用89

5　可锻铸铁92

5.1 可锻铸铁的牌号及金相组织92

5.2 可锻铸铁的性能特点94

5.3 可锻铸铁的生产96

6　特殊性能铸铁104

6.1 抗磨铸铁104

6.2　耐热铸铁115

6.3　耐腐蚀铸铁121

7　铸铁的熔炼125

7.1 冲天炉的基本结构及一般操作过程126

7.2 冲天炉熔炼的基本原理127

7.3 冲天炉熔炼过程的控制134

7.4 常用冲天炉及其主要结构参数的选择148

7.5 感应电炉熔炼156

7.6　双联熔炼163

7.7　炉料及修炉材料165

第2章 铸钢及其熔炼179

1 铸造碳钢179

1.1 铸造碳钢的牌号及性能179

1.2 铸造碳钢的凝固过程和铸态组织180

1.3 铸造碳钢的铸造性能及常见缺陷181

1.4 铸造碳钢的常用热处理184

2 铸造低合金钢及中合金钢187

2.1 常用合金元素对组织性能的影响187

2.2 铸造低合金钢的牌号及性能189

2.3 低合金钢的铸造性能特点194

2.4　低合金钢铸件的热处理194

3　铸造不锈钢195

3.1 钢的耐腐蚀原理195

3.2 不锈钢的牌号及性能（化学成分）195

3.3 不锈钢的铸造性能196

3.4　常用不锈钢196

4　铸造耐热钢200

4.1 钢在高温下的失效机制200

4.2 耐热钢牌号及性能202

4.3　常用耐热钢204

4.4　常用热强钢205

5 高锰钢209

5.1 高锰钢的牌号及性能特点209

5.2　高锰钢的生产213

5.3 高锰钢的热处理214

5.4　高锰钢的发展215

6　低温用铸钢216

6.1 材料在低温下的失效216

6.2 常用低温钢及其力学性能226

7　铸钢的熔炼238

7.1 电弧炉炼钢238

7.2　感应电炉炼钢249

7.3 铸造用钢的炉外精炼252

第3章 铸造非铁合金及其熔炼258

1 铸造铝合金及其熔炼258

1.1 铸造铝合金的分类及牌号258

1.2　铸造铝硅合金261

1.3　铸造铝铜合金270

1.4　铸造铝镁合金274

1.5　铸造铝锌合金276

1.6　铸铝件的热处理277

1.7 铸造铝合金的熔炼281

2 铸造铜合金及其熔炼287

2.1 铸造铜合金的分类及牌号287

2.2　铸造锡青铜288

2.3　铸造铝青铜292

2.4　铸造其他青铜294

2.5　铸造黄铜296

2.6 铸造白铜300

2.7 铸造铜合金的熔炼302

3　铸造镁合金及其熔炼307

3.1 铸造镁合金的牌号及性能307

3.2　镁铝锌合金309

3.3　镁锌锆合金313

3.4　其他镁合金315

3.5 镁合金的熔炼特点317

3.6 镁合金的热处理及表面化学处理323

4　铸造锌合金及其熔炼327

4.1 铸造锌合金的牌号及性能328

4.2　工业用锌合金331

4.3　锌合金的熔炼333

4.4　锌合金的热处理及表面处理335

5 铸造轴承合金336

5.1 轴承合金的牌号及分类336

5.2 锡基和铅基轴承合金337

5.3 铝基轴承合金343

5.4　铜基轴承合金346

6　铸造钛合金及其熔炼350

6.1 铸造钛合金牌号及其性能350

6.2　铸造钛合金的熔炼360

6.3 铸造钛合金的热处理363

6.4 铸造钛合金的工艺性能371

6.5 铸造钛合金的工程应用374

7 铸造高温合金及其熔炼379

7.1 铸造高温合金的分类与牌号379

7.2 合金元素在铸造高温合金中的作用381

7.3 铸造高温合金的显微组织383

7.4 铸造高温合金的性能385

7.5 铸造高温合金的热处理396

7.6 铸造高温合金真空感应熔炼398

7.7 铸造高温合金的发展前景403

参考文献404

第3篇 铸造成形工艺技术基础407

第1章 液态金属和合金的结构409

1 金属的熔化和气化过程409

2 气、液、固三态物性比较409

2.1 金属熔化时体积的变化409

2.2 熔化热、熔化熵和蒸发热、蒸发熵410

2.3 熔化前后金属原子间距和配位数410

3 液态金属的结构410

4　液态合金结构411

5 金属和合金液态结构的测定411

第2章 液态金属和合金的基本物理性质413

1 液态金属和合金的密度413

1.1 基本概念413

1.2 影响密度的几个因素413

1.3 液态金属和合金密度的测量414

2 液态金属和合金的黏度415

2.1 黏度的定义415

2.2 影响黏度的因素415

3 液态金属和合金的扩散417

3.1 液态金属和合金的扩散系数417

3.2 影响扩散系数的因素417

3.3 扩散系数的测量方法418

4 液态金属和合金的表面张力418

4.1 表面张力的定义418

4.2 影响表面张力的因素419

4.3 表面张力的测量方法420

第3章 铸造成形过程中的液态金属流动428

1 液态金属充型过程的流动428

1.1 液态金属的水力学特性428

1.2 液态金属的充型能力428

2 液态金属与铸型的相互作用433

2.1 热作用433

2.2　物理、化学作用434

2.3 机械作用434

3 凝固过程中的液态金属流动434

3.1 凝固过程中的流体流动分类434

3.2 凝固过程液相区流体流动434

3.3 枝晶凝固过程两相区中的液体流动435

第4章 液态金属的凝固437

1 凝固过程的基本原理437

1.1 相图与凝固437

1.2 晶体的形核439

1.3 晶体的长大方式与生长速率440

2 凝固过程的传热与传质441

2.1 凝固过程的传热441

2.2 凝固过程中的传质444

3　单相合金的凝固445

3.1 固-液界面前方的局部温度分布445

3.2 单相合金凝固过程中的成分过冷446

3.3 界面前方过冷状态对单相合金凝固过程的影响446

3.4　界面稳定性理论450

4　共晶合金的凝固450

4.1 概述450

4.2　规则共晶凝固451

4.3 非规则共晶凝固453

5 包晶合金的凝固454

5.1 包晶合金的凝固特点454

5.2　包晶相形核455

5.3 包晶相的生长455

5.4 亚、过包晶成分合金凝固455

6 偏晶合金的凝固456

6.1 偏晶合金特点456

6.2 偏晶合金的形核特点456

6.3 生长457

6.4 Ostwald熟化457

6.5　第二相沉积458

6.6　碰撞、聚集和凝结458

第5章 铸件凝固组织的形成及控制460

1 铸件凝固组织的形成460

1.1 凝固区域及凝固方式460

1.2 铸件宏观凝固组织及形成过程461

2 铸件典型宏观凝固组织形态的控制463

2.1 等轴晶的晶粒细化464

2.2 单向凝固——柱状晶组织及单晶生长465

2.3 共晶合金结晶组织的控制468

第6章 铸件凝固组织中化学成分的不均匀性470

1 树枝晶凝固时的溶质再分配470

1.1 胞晶凝固的溶质再分配470

1.2 有枝晶间液体流动时的溶质再分配471

2 枝晶凝固组织中的微观偏析及控制471

2.1 微观偏析471

2.2　微观偏析的控制472

3　宏观偏析473

3.1 枝晶间液体的流动对宏观偏析的影响473

3.2　正常偏析475

3.3 逆偏析475

3.4 V形和逆V形偏析475

3.5 减少宏观偏析的措施475

第7章　铸件中的气体与非金属夹杂物477

1 铸件中的气体477

1.1 概述477

1.2 气体在金属中的溶解和析出478

1.3　析出性气孔482

1.4　反应性气孔485

2 铸件中的非金属夹杂物486

2.1 概述486

2.2 非金属夹杂物的生成487

2.3 夹杂物的长大、分布和形状490

2.4 排除和减少非金属夹杂物的途径491

第8章 铸件的收缩及其引起的铸造缺陷493

1 铸造合金的收缩493

1.1 收缩的基本概念493

1.2　铸钢和铸铁的收缩494

1.3 铸件的收缩495

2　铸件的缩孔和缩松496

2.1 集中缩孔496

2.2　缩松497

2.3 灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松500

2.4 防止铸件产生缩孔和缩松的途径502

3 铸件的热裂503

3.1 概述503

3.2 热裂形成的温度范围和形成机理504

3.3 影响热裂形成的因素和防止铸件产生热裂的途径507

4 铸造应力、变形及冷裂纹510

4.1 概述510

4.2 铸件在冷却过程中产生的应力510

4.3 影响铸造残余应力的因素及减少和消除铸造应力的途径512

4.4 铸件的变形和冷裂513

第9章 铸造成形过程中的流变行为516

1 绪论516

1.1 流变学的一些基本概念516

1.2 铸造成形过程中的一些流变学问题516

2 材料的简单流变性能517

2.1 胡克弹性体流变性能517

2.2 牛顿黏性体流变性能518

2.3 圣维南塑性体流变性能519

3 材料的复杂流变性能520

3.1 开尔芬体流变性能520

3.2 麦克斯韦体流变性能521

3.3 宾汉体流变性能522

3.4　普朗特体流变性能523

3.5 流动中黏度不保持常数的黏性体流变性能524

4　流变性能的测量525

4.1 转筒式黏度计的流变性能测量525

4.2 毛细管黏度计的流变性能测量527

4.3 其他类型的流变性能测量529

5 铸造涂料流变性能530

5.1 涂料涂覆操作对涂料流变性能的要求530

5.2 涂料分散体系特点及组成对其流变性能的影响531

5.3 熔模铸造涂料的流变性能534

5.4 砂型铸造涂料流变性能536

5.5 一种新的涂料悬浮性测试法——沉降率测试法537

6 型（芯）砂的流变性能539

6.1 型（芯）砂的黏结性特点及其在紧实过程中的流动现象539

6.2 不同情况下的型（芯）砂流变性能研究539

6.3 型芯砂流变性能的机械模型546

7 铸造合金的流变性能547

7.1 易熔伍德合金（Wood's Metal）的流变性能547

7.2 含有卵状晶半固态合金的流变性能548

7.3 含树枝晶半固态合金的流变性能552

8 铸件缺陷的流变学研究555

8.1 流变学研究成果在铸件热裂研究中的应用555

8.2 缩松形成的流变学特点557

8.3 沉浮流动型铸造缺陷的流变学特点559

9 其他铸造中的流变学问题562

9.1 熔模模料的流变性能562

9.2 熔融酚醛树脂的流变性能563

9.3 泡沫聚苯乙烯的流变性能564

9.4 不致密铸件的流变性能565

参考文献567

第4篇　砂型铸造569

第1章 黏土型砂571

1 概述571

2 黏土砂用原材料572

2.1 原砂572

2.2 黏土582

2.3 煤粉及其复合添加剂588

2.4　淀粉类附加物589

3 与型砂质量有关的铸件缺陷及其预防591

3.1 气孔591

3.2 粘砂593

3.3 砂眼596

3.4 夹砂597

3.5 胀砂599

4.　湿型黏土砂的性能及其控制600

4.1 黏土砂各种材料的选用600

4.2 湿型砂的配比和性能控制601

4.3 黏土湿型砂的混制606

4.4 旧砂循环使用过程中应注意的问题606

4.5 干型（芯）砂和表面烘干型砂607

第2章 芯砂611

1 概述611

1.1 砂芯的分类611

1.2 制芯方法分类及其选择612

1.3 黏结剂的分类及其选择612

2　加热硬化芯砂613

2.1 植物油砂613

2.2　合脂砂616

2.3　改性渣油砂617

2.4 其他油砂618

2.5　热芯盒砂619

2.6　温芯盒砂623

2.7　覆膜砂623

2.8 其他加热硬化芯砂626

3 冷法硬化芯砂627

3.1 气硬冷芯盒法627

3.2 CO2-聚丙烯酸钠砂630

3.3 甲酸甲酯-碱性酚醛树脂砂631

3.4　其他冷法硬化芯砂631

第3章 造型、制芯及砂处理设备633

1 造型设备633

1.1 概述633

1.2　震实造型机633

1.3 震压造型机636

1.4 中低压压实造型机639

1.5 高压造型机641

1.6　射压造型机643

1.7 气力冲击造型机650

1.8　静压造型机653

2　制芯设备658

2.1 概述658

2.2 热芯盒射芯机659

2.3 壳芯机665

2.4 冷芯盒射芯机668

2.5 制芯中心671

2.6　芯砂混砂机674

3 黏土砂处理设备676

3.1 概述676

3.2 黏土砂混砂机676

3.3 混砂机加料定量装置681

3.4 旧砂冷却装置681

4 砂处理系统的计算机控制686

4.1 水分自动控制系统687

4.2 型砂性能的在线检测687

4.3 物料加入量的计算机控制689

4.4 型砂质量分析与控制的计算机人工智能系统689

5 铸造车间除尘设备690

5.1 概述690

5.2 铸造车间除尘设备种类和特点、选用原则690

5.3 铸造车间常用除尘设备690

第4章 水玻璃砂型693

1 概述693

1.1 水玻璃砂的发展历程693

1.2　水玻璃砂特点693

1.3 水玻璃砂硬化方式及其分类693

2 CO2吹气硬化水玻璃砂693

2.1 工艺原理693

2.2 对原材料的要求694

2.3 混合料配比及其混制工艺695

2.4　型砂性能特点697

2.5 CO2吹气硬化工艺及其装置699

2.6 常见缺陷及其防止措施700

2.7 CO2水玻璃砂的新发展（VRH法、复合硬化法）702

3 有机酯水玻璃自硬砂703

3.1 工艺原理703

3.2　对原材料的要求703

3.3 混合料配比及其混制工艺704

3.4 型砂性能特点及其影响因素704

3.5 酯硬化工艺主要装置705

3.6 型砂常见缺陷及其防止措施707

4　微波硬化水玻璃砂708

4.1 微波硬化的工艺原理及型砂性能708

4.2 微波硬化水玻璃砂典型设备708

4.3 微波硬化水玻璃砂展望708

5 水玻璃旧砂的再生回用708

5.1 水玻璃旧砂的性能特征708

5.2 水玻璃旧砂再生方法分类709

5.3 干法再生工艺及其装备709

5.4 湿法再生工艺及其装备711

6 石灰石CO2吹气硬化水玻璃砂713

6.1 石灰石原砂713

6.2　混砂及硬化工艺713

6.3 石灰石水玻璃砂存在的问题及其解决办法714

第5章 树脂自硬砂砂型716

1 概述716

1.1 自硬树脂砂的特点716

1.2 分类716

2 酸固化树脂自硬砂716

2.1 原材料选用716

2.2　混合料配比及混制720

2.3 树脂自硬砂的硬化特性721

2.4　工艺性能723

2.5 造型（芯）和浇注工艺723

2.6 对模样和芯盒材料的要求724

2.7 旧砂再生及再生砂质量控制724

2.8 酸自硬树脂砂的常见缺陷及预防措施729

2.9 环境卫生729

2.10　生产应用实例729

3 酚醛脲烷树脂自硬砂731

3.1 酚醛脲烷自硬树脂砂731

3.2 醇酸油脲烷树脂（alkyd-oil-arethane）砂733

3.3 多元醇脲烷树脂（Polyol-arethane systems）砂734

4 酯固化碱性酚醛树脂自硬砂734

4.1 特点及应用范围734

4.2 原材料选择734

4.3 配比、混砂工艺及硬化特性734

4.4 工艺性能735

4.5 旧砂再生735

5 各种自硬树脂的性能及应用范围对比735

第6章 砂型（砂芯）涂料737

1 涂料的作用737

2 涂料的性能及检测方法737

2.1 涂料的物理化学性能737

2.2 涂料的工艺性能738

2.3 涂料的工作性能740

3 涂料的基本组成及主要原材料741

3.1 耐火填料741

3.2 载体743

3.3 悬浮剂744

3.4 黏结剂745

3.5 助剂746

4 涂料的分类及配比746

4.1 涂料的分类746

4.2 常用涂料的配比746

5 涂料的制备方法及设备750

5.1 膏状涂料的制备750

5.2 浆状涂料的制备750

5.3 原材料的预处理751

6 涂料涂敷方法及设备751

6.1 刷涂法751

6.2 浸涂法751

6.3 流涂法752

6.4 喷涂法752

6.5 涂层转移法753

7 涂料的质量控制753

7.1 涂料生产质量控制753

7.2 涂料使用中的质量控制753

8 涂料常见问题及对策753

第7章 砂型铸造工艺、工装设计757

1 概述755

1.1 概念755

1.2 设计依据755

1.3 设计内容和程序755

1.4 审查零件结构的铸造工艺性756

2 铸造工艺方案的确定762

2.1 造型、制芯方法的选择763

2.2 浇注位置的确定767

2.3 分型面的选择768

2.4 砂箱（型）中铸件数量及排列的确定770

3 工艺设计参数772

3.1 铸件尺寸公差772

3.2 铸件重量公差773

3.3 机械加工余量773

3.4 铸造收缩率（模样放大率、缩尺）775

3.5 起模斜度777

3.6 最小铸出孔及槽778

3.7 工艺补正量779

3.8 工艺肋780

3.9 反变形量781

3.10 非加工壁厚的负余量783

3.11 分型负数783

3.12 砂芯负数（砂芯减量）783

4 砂芯设计783

4.1 砂芯的分类783

4.2 砂芯设置的基本原则784

4.3 芯头设计785

4.4 芯撑和芯骨791

4.5 砂芯的排气、拼合及预装配794

5 浇注系统设计795

5.1 基本类型795

5.2 基本组元799

5.3 浇注系统结构尺寸的计算808

5.4 铸铁件的浇注系统813

5.5 铸钢件的浇注系统820

5.6 非铁合金铸件的浇注系统822

5.7 特殊形式浇注系统824

6 冒口、冷铁设计836

6.1 概述836

6.2 通用冒口补缩原理836

6.3 铸钢件冒口的设计与计算840

6.4 铸铁件冒口的设计849

6.5 非铁合金铸件的冒口866

6.6 特种冒口及出气孔871

6.7 冷铁875

7 模样、模板设计882

7.1 模样设计882

7.2 模板设计886

8 芯盒890

8.1 类型和材质890

8.2 芯盒结构设计890

8.3 热芯盒和壳芯盒896

9 砂箱及其他905

9.1 设计和选用砂箱的基本原则905

9.2 类型905

9.3 砂箱结构908

9.4 其他工艺装备914

10 设计实例及工艺符号、工艺卡片915

10.1 铸造工艺符号及表示方法915

10.2 铸造工艺图915

10.3 铸件图（毛坯图）920

10.4 工艺卡921

10.5 铸造工艺设计实例924

参考文献937