为什么选择青铜铸件?

1. 介绍

青铜铸件 是现代行业的基础制造过程, 实现复杂的生产, 海洋工程等关键部门使用的高性能组件, 发电, 冶金, 运输, 和重型机械.

该过程涉及倒入熔融的青铜（主要由铜和锡组成的合金），以精确设计的模具，形成具有特殊耐磨性的零件, 耐腐蚀性, 机械强度, 和维稳定性.

从大的离心衬套和连续铸造轴承到错综复杂的叶轮和压压阀体, 青铜铸件可在苛刻的工作条件下提供可靠的服务，而这些合金可能腐蚀或失败.

青铜的工业价值不仅在于其材料特性，还在于其对各种铸造方法的适应性, 包括沙子铸件, 投资铸造, 离心铸件, 和连续的铸造.

2. 什么是青铜合金？

青铜, 作为基于铜的合金, 是通过组合铜来设计的 (铜) 具有一系列合金元素 - 尤其是锡 (sn), 但还包括铝 (al), 磷 (p), 硅 (和), 带领 (pb), 还有其他.

每种合金添加都会修改碱金属的特性，以满足特定的工业需求，例如强度, 戴阻力, 耐腐蚀性, 可加工性, 或热稳定性.

成分和合金类型

3. 为什么选择青铜铸件?

优质材料特性

• 耐腐蚀性: 青铜合金表现出极大的抗氧化和腐蚀性, 特别是在海洋中, 化学, 和大气环境.
  铝和锡青铜抵抗海水腐蚀和生物污染, 使它们非常适合海洋硬件, 泵组件, 和阀系统.
• 戴阻力和耐用性: 许多青铜合金, 例如铝制青铜色, 提供出色的硬度和耐磨性,
  在要求轴承等苛刻应用中表现优于许多钢, 衬套, 和重型磨损组件.
• 热稳定性: 青铜在较宽的温度范围内保留机械强度和尺寸稳定性, 包括工业机械和发动机中发现的升高温度.
• 润滑性: 铅锡青铜提供固有的润滑性, 在不需要外润滑的情况下减少轴承施加摩擦和磨损.

铸造过程优势

• 复杂的几何形状和精度: 青铜铸件允许生产复杂且复杂的形状 - 包括空心部分, 薄壁, 和精美的细节 - 通过加工或锻造很难实现或昂贵.
  投资铸造或离心铸造方法具有高维精度和出色的表面饰面.
• 中等至大量生产的成本效率: 与锻造或加工成分相比, 青铜铸造减少了材料浪费和加工时间, 特别是对于需要大量或复杂形状的零件.
• 材料可调节性: 可以调整合金成分以满足特定的机械和化学性能要求.
  这种灵活性使工程师能够选择平衡强度的合金, 耐腐蚀性, 可加工性, 和成本.

机械性能和可靠性

• 高强度重量比: 青铜合金提供有利的强度与重量比, 适用于受到高机械载荷而没有过多质量的组件.
• 疲劳和抗冲击力: 磷青铜, 尤其, 提供出色的疲劳性和弹性, 使它们对弹簧很有价值, 连接器, 和动态承载零件.
• 良好的铸造完整性: 正确施放时, 青铜合金产生致密, 具有可靠的机械性能的缺陷最小成分, 降低关键应用中的失败风险.

特定于应用程序的好处

• 海洋和离岸申请: 铝和锡青铜抵抗盐水和侵略海洋环境的腐蚀, 延长螺旋桨的使用寿命, 泵, 和运输配件.
• 轴承和磨损组件: 自润滑轴承合金减少维护需求并增加机器正常运行时间, 工业和汽车部门至关重要.
• 审美和建筑用途: 铜牌的有吸引力的古铜色和被铸造成艺术形状的能力使其在装饰和遗产应用中流行.

可持续性和可回收性

• 可回收材料: 青铜合金是高度可回收的，而没有明显的性质损失, 支持可持续性计划并降低原材料成本.
• 长期使用寿命: 耐用的青铜铸件减少了产品生命周期的替代频率和材料消耗, 提高资源效率.

4. 青铜铸造方法

青铜铸造采用了几种已建立的技术, 每个都有独特的工作流程, 工具要求, 以及适合不同生产量和组件复杂性的适用性.

沙铸青铜

描述:
沙子铸造是一种通用, 经过时间测试的过程，其中霉菌是通过在所需形状的图案周围堆积沙子而形成的.

沙模, 与粘土或化学粘合剂结合, 是多孔的, 允许气体在倒入过程中逸出.

然后将熔融青铜倒入该腔, 凝固以复制模式.

沙铸可容纳大而复杂的壁厚厚度, 尽管霉菌表面会产生相对粗糙的表面.

该过程通过修改或替换模式来实现快速设计更改, 使其非常适合原型制作和低到中等的运行.

冷却率各不相同, 影响微观结构和机械性能.

优点:

• 低工具和设置成本
• 适用于大型和复杂零件
• 灵活的低至中型生产量
• 易于修改原型制造的霉菌设计

限制:

• 与其他方法相比，表面更粗糙
• 较低的维度精度
• 霉菌制备和整理的循环时间更长

应用领域:

海洋硬件, 大型泵外壳, 建筑组件, 和艺术雕塑.

铜投资铸造 (失去蜡)

描述:
熔模铸造, 也称为失去蜡铸, 涉及创建一个详细的蜡模式，该图案与最终组件几何相匹配.

这种图案用难治性的陶瓷浆反复涂层, 变成强大的模具. 蜡融化了, 留下倒入熔融青铜的空腔.

该技术允许出色的细节和紧张的公差, 生产具有出色表面表面和最小加工要求的铸件.

由于霉菌的复杂性和仔细处理蜡图案, 投资铸造非常适合中小型生产，精度和表面质量至关重要.

优点:

• 卓越的维度准确性和表面饰面
• 产生复杂的能力, 薄壁, 和复杂的几何形状
• 最小加工需要铸造后
• 适用于中小型生产

限制:

• 与沙子铸造相比，更高的工具和处理成本
• 大型铸件的尺寸限制
• 由于图案和外壳准备，提前时间更长

应用领域:

精密阀成分, 航空航天零件, 艺术演员, 和电连接器.

铜离心铸件

描述:
离心铸造利用旋转力在旋转模具中塑造熔融青铜.

随着霉菌在轴周围迅速旋转, 离心力将熔融金属向外推, 确保密集的金属包装在模具墙上.

这种动态降低了孔隙度和夹杂物, 提高机械性能和结构完整性.

该过程对于圆柱或管状成分特别有效, 均匀的壁厚和细粒结构至关重要的地方.

控制旋转速度和倒入温度对于避免缺陷，例如隔离或不完整的填充物至关重要.

离心铸造通常与辅助加工一起使用以实现最终维度.

优点:

• 产生密集, 带有细粒结构的无缺陷铸件
• 对壁厚和尺寸一致性的极好控制
• 减少收缩和孔隙率缺陷
• 关键组件的高机械性能

限制:

• 仅限于旋转对称零件
• 设备投资高于铸造

应用领域:

轴承, 衬套, 袖子, 和圆柱泵零件.

青铜永久模具铸造

描述:
永久模具铸造采用可重复使用的金属模具, 通常用钢或铸铁制造, 倒入熔融青铜.

与沙子或投资铸造中的消耗性模具不同, 这些永久性模具允许快速生产周期，并具有一致的维度控制和表面饰面.

该过程通常包括重力或低压填充, 由于金属霉菌散热，凝固发生得更快, 这会导致更细的谷物结构.

然而, 模具设计复杂性受到工具的零件弹出和耐用性的限制. 永久模具铸造适合中度至大量几何零件的生产.

优点:

• 与沙子铸造相比
• 由于霉菌的重复使用而更快的周期时间
• 适用于中等至高生产量

限制:

• 初始模具工具成本很高
• 由于霉菌设计限制，限于更简单的几何形状
• 设计更改的灵活性较小

应用领域:

标准配件, 小机械零件, 和建筑硬件.

铜连续铸造 (strip)

描述:
连续铸造是一个半连续的过程，熔融青铜被固化成连续的半成形形状，例如杆, 坯料, 或条 - 以后可以切割并处理成品组件.

将熔融金属倒入水冷模具中, 当它通过铸造机移动时迅速凝固.

这个过程强调有效的材料使用, 均匀的化学成分, 和一致的机械性能.

虽然连续铸造不是净形过程, 它为下游加工或锻造操作提供可靠的库存材料.

它在集中于标准青铜合金产品的大规模生产环境中被广泛采用.

优点:

• 有效生产均匀原材料
• 最小的材料废物
• 一致的微观结构和机械性能

限制:

• 不是净形铸造过程; 需要进一步加工
• 限于更简单的形状

应用领域:

轴承的储备材料, 衬套, 和精密生产的零件.

5. 霉菌材料和门控系统

青铜铸件的质量和完整性在很大程度上取决于霉菌材料的选择和门控系统的设计.

这些因素影响金属流动, 凝固, 缺陷形成, 最终, 最终组件的机械性能和表面饰面.

模具材料

沙模

由于其适应性和成本效益，砂霉仍然是青铜铸件中最常见的.

通常, 二氧化硅砂与粘土或化学粘合剂键合，例如酚醛树脂或硅酸钠.

用于铸造高铝青铜器或需要优质的表面表面和热稳定性的地方, 由于其较高的难治性和导热率，因此首选锆石或铬铁矿等特色砂。.

铸造厂仔细调整沙质特性 - 透明度, 粒度, 水分含量, 和力量 - 优化特定合金的性能.

例如, 铝制青铜需要低水分 (3–6％) 和更粗的沙粒，以最大程度地减少气体相关的铸造缺陷.

核心沙子, 哪个形成内部空腔, 通常采用更高强度的混合物，并用石墨或类似物质涂有促进核心去除而不会在摇摆过程中损坏的情况.

陶瓷壳

投资铸造采用由耐火材料制成的陶瓷壳模，例如二氧化硅或锆石粉与胶体二氧化硅结合的.

这些贝壳对青铜合金的高浇注温度具有极高的耐药性，并具有极高的表面细节和紧密的公差.

陶瓷模具的热稳定性可确保对薄壁和复杂几何形状至关重要的一致固化行为.

金属模具 (永久模具铸件)

永久模具, 通常由铸铁或钢制成, 反复重复用于中等至高量产生.

因为青铜在升高的温度下倾向于坚持并化学与铁相互作用, 永久性铸造通常是重力喂养的，而无需使用压力来减少霉菌金属反应并最大程度地减少铸铁的拾取.

金属模具可能会润滑或预热以延长霉菌寿命并提高铸造质量.

石膏和其他特色模具

很小, 高精度零件, 使用巴黎或陶瓷键模的石膏, 特别是在失落的泡沫或石膏铸造过程中.

这些模具具有精细的表面饰面和尺寸的精度，但由于脆弱性和成本，仅限于较小的批量尺寸.

门控系统和最佳实践

优化的门控系统对于生产无缺陷的青铜铸件至关重要.

它控制熔融金属流动, 最小化湍流, 确保在凝固过程中进行适当的进食, 并促进气体逃生.

门控布局

通常, 跑步者（水平通道输送金属）位于模具下半部 (拖), 而大门 (直觉) 放在上半部 (应付).

这种安排允许跑步者首先填写, 在金属流的顶部捕获氧化物和炉渣，在那里它们更容易分离.

宽的, 扁平跑步者和大门有助于在整个型腔中均匀分配熔融金属，并增加可用于滴滴捕获的表面积.

方向固化

门控和立管的位置旨在促进定向固化 - 金属首先在铸件的末端固化，而在立管或进料储层中进行了固化.

诸如使用小扼流圈等技术 (降低的门区域) 鼓励熔融金属在立管附近“脚跟”, 确保它们仍然是冻结的最后一点.

冷冻插入或发冷 (放置在厚部分的金属块) 通常用于在特定区域加速冷却，并直接固化到立管, 降低收缩孔隙率风险.

立管/馈线

立管充当熔融金属储层，以补偿凝固过程中的体积收缩.

他们的大小和位置很关键; 横截面面积的典型门控率约为 1:4:4 用于浇口, 跑步者, 和大门.

使用绝缘 (居住) 立管或热顶可以通过维持熔融金属温度更长的时间来提高进食效率, 防止过早凝固.

门设计

门应形状以允许光滑, 层流金属流入霉菌腔, 最小化可能导致气体和氧化物形成的湍流.

避免尖锐的角落, 突然的横截面变化, 或门控通道中的弯曲.

常见的设计功能包括锥形泉水, 逐渐过渡, 和Radiused大门.

通量熔融金属去除氧化物, 结合装在门控系统中的陶瓷过滤器, 进一步减少夹杂物和杂质.

排气

霉菌必须有效排气，以使被困的空气和气体在倒入过程中逸出.

这是通过通风孔（放置在霉菌腔的高点上的小插槽或钻孔）以及通过沙子或多孔霉菌材料的固有渗透性来实现的.

适当的排气降低了吹孔和气孔等缺陷.

倾泻练习

应将青铜倒在最低温度以完全填充模具的最低温度下, 最小化氧化和滴头形成.

受控, 稳定的倾泻避免溅出和湍流. 高级铸造厂可以纳入脱气处理 (例如。, 氩气搅拌) 进一步净化熔体并提高铸造质量.

6. 铸造过程

后铸造阶段对于将原始的青铜铸件转换为符合严格机械的成品组件至关重要, 尺寸, 和审美要求.

此阶段通常涉及热处理, 加工和整理, 然后进行严格的检查和质量控制.

青铜铸件的热处理

热处理在增强机械性能并缓解固化和冷却过程中诱发的内部应力方面起着至关重要的作用.

• 压力解放: 大多数青铜铸件都会经历压力 - 解放退火, 通常保持在300°C和400°C之间, 然后冷却缓慢.
  这个过程减少了残留的热应力, 防止加工和服务期间的失真和破裂.
• 溶液处理和回火 (铝青铜器): 铝制青铜在高温下进行溶液处理 (〜1050°C) 溶解沉淀，然后迅速淬火以形成马氏体α+β的结构.
  随后的回火会沉淀硬κ-, 显着提高力量和硬度 (例如。, C954铝青铜).
• 退火和年龄硬化 (磷青铜): 取决于要求, 可以退火磷铜，以提高延展性和可加固性或年龄增强以提高强度和抗疲劳性.

加工和整理

青铜铸件通常需要二级加工以满足精确的维度公差和表面表面表面规格.

常见的加工操作包括转弯, 铣削, 钻孔, 并打磨.

青铜合金的可加工性各不相同: 铅轴承青铜和自由安排等级表现出极好的芯片控制和降低切割力,

而铝制青铜器（越来越坚硬）则需要更强大的工具和更重的切割参数.

因为青铜合金通常比钢柔软，但比黄铜要硬, 加工参数是中间的, 平衡工具磨损和表面质量. 手术后的整理过程通常包括:

• 毛刺和磨削: 删除铸造闪光, 虚假, 以及任何残留粗糙度.
• 射击或喷砂: 清洁表面并产生均匀的纹理, 改善油漆或涂料附着.
• 抛光和电镀: 抛光增强了美学吸引力并减少摩擦, 镀镀时 (铬合金, 镍) 提供额外的腐蚀和耐磨性, 特别是在泵轴和活动部件上.
  锡或锌涂层有时用于海洋环境中的腐蚀保护.
• 轻拍: 主要用于建筑或艺术铸件, 化学patinas或蜡涂层产生所需的颜色和表面效果.

检查和质量控制 (NDT)

严格的质量控制至关重要, 特别是对于高价值或安全至关重要的青铜铸件.
完成的零件进行全面的维度检查和非破坏性测试 (NDT) 确保完整性和遵守设计规范.

• 影像学检查 (X射线或CT扫描): 检测内部缺陷，例如收缩腔, 气孔隙度, 以及可能损害机械性能的夹杂物.
• 超声测试: 识别表面上不可见的地下裂纹或空隙, 为内部缺陷检测提供高灵敏度.
• 视觉和染料探测器检查: 用于定位裂缝之类的露天缺陷, 吹孔, 或不完整的融合区域.
• 硬度测试: 确认铸件在热处理后达到指定的机械性能目标.
• 化学分析 (光谱法): 验证合金组成, 确保材料一致性并遵守规格.

7. 常见的铸造缺陷及其预防

如果在铸造过程中未实施适当的控制措施，则青铜铸件可以表现出各种缺陷.

了解根本原因并采用有针对性的预防策略对于生产高质量的铸件至关重要. 关键缺陷及其有效的预防方法包括:

气孔隙度

气体孔隙率是由铸件中的被困气体产生的, 通常是由模具砂中的水分引起的, 粘合剂的分解, 或倒入空气夹带. 这导致空隙或气泡, 削弱演员的完整性.

预防:

• 使用干燥, 通风良好的模具，以促进气体逃生.
• 最小化沙子中的水分含量, 由于高水分水平特别有害于铜基合金.
• 在倒入之前，正确地将熔融的青铜脱脂以减少溶解的气体.

收缩腔和空隙

收缩腔通常在最后一个区域形成以固化, 经常在铸件中深处, 由于金属冷却时的体积收缩.

预防:

• 设计足够的立管和馈线，以在凝固过程中提供熔融金属.
• 通过使用寒意或寒意通道来控制从较薄到较厚的部分来控制冷却的方向固化.
• 优化门控系统，以确保在凝固期间将熔融金属连续喂入关键区域.

沙子和炉渣夹杂物

当沙粒或矿渣时发生这些缺陷 (浮渣) 陷入铸件, 损害表面质量和机械性能.

预防:

• 使用高质量, 低五倍的沙子，并在核心上涂涂层以防止金属流动期间侵蚀.
• 倒入熔体，然后在倒倒之前去除炉渣和滴滴.
• 将陶瓷过滤器纳入门控系统以捕获夹杂物.
• 设计门以最大程度地减少湍流并降低洗砂的风险.

热眼泪和裂缝

热眼泪是在铸件仍是半液体或冷却时发展的裂缝, 通常在长或细长的部分中, 由于热应力和限制收缩.

预防:

• 通过合并平面或发冷来缓解压力，改善霉菌的可折叠性.
• 使用允许灵活性来容纳收缩的霉菌材料.
• 在最低的实用温度下倒入青铜，以降低热梯度和应力.
• 控制冷却速率以避免快速变化，从而引起破裂.

冷关

当熔融金属流不足或中断时，这些缺陷就会发生, 引起不完整的融合或未填充的部分.

预防:

• 提高浇注温度和速度以保持金属流动性和流量.
• 改善门控系统设计以促进光滑, 连续填充模具.
• 减少截面厚度梯度以避免流量停止.
• 必要时进行预热霉菌，以维持整个腔内熔融金属的流动性.

8. 青铜铸件的工业应用

由于合金具有机械强度的特殊组合，青铜铸件在众多工业领域占有至关重要的作用, 耐腐蚀性, 佩戴特性, 和可铸性.

海洋和离岸行业

青铜对海水腐蚀和生物污染的杰出抵抗使其成为海洋组件的首选材料. 常见应用包括:

• 螺旋桨和泵叶轮: 在恶劣的盐水条件下，铝和锰青铜提供强度和侵蚀性.
• 气门组件和海水配件: 磷铜和锡青铜器抵抗腐蚀和对照阀和管道系统的磨损.
• 船舶轴承和衬套: 铅青铜提供出色的嵌入性和润滑性, 确保在重负荷和错位下可靠的性能.

汽车和运输

青铜铸件有助于关键组件，降低耐用性和摩擦是必不可少的:

• 衬套和轴承: 轴承青铜提供低摩擦表面, 延长磨损寿命, 和合规性, 悬架和传动系统系统必不可少的.
• 齿轮和变速箱组件: 高强度铝制铜承受撞击和疲劳应力.
• 制动系统零件: 磷青铜弹簧和夹子具有弹性和抗疲劳性.

航天

在航空航天, 青铜合金在需要精确精确的应用中服务, 力量, 和可靠性:

• 阀座和袖子: 磷青铜在燃料和液压系统中提供耐磨损性.
• 电连接器: 由于电导率出色和耐腐蚀性, 青铜合金被广泛用于连接器和终端.

工业机械和设备

青铜铸件在重型机械中是不可或缺的, 耐磨性和韧性至关重要的地方:

• 泵和压缩机组件: 叶轮, 戴环, 袖子受益于青铜的硬度和耐腐蚀性.
• 齿轮和轴承: 铝和锡青铜可确保在循环载荷下长期使用寿命.
• 阀体和配件: 耐用的青铜铸件承受化学和发电厂中的压力和腐蚀性环境.

电气和电子设备

某些青铜合金的出色电导率和导热性使其适合:

• 开关设备和继电器组件: 磷青铜弹簧和接触提供耐久性和耐腐蚀性.
• 连接器和终端: 在电循环下，青铜合金保持可靠的电导率和机械强度.

9. 结论

由于其独特的多功能性，铜牌铸造仍然是工业制造的基石, 耐用性, 和性能.

广泛的青铜合金, 每个都有量身定制的冶金特性, 允许工程师和金属工人选择针对特定机械要求进行优化的组成, 耐腐蚀性, 并穿着特征.

从传统的沙子铸造到高级投资和永久模具技术, 铸造方法在产生具有出色表面质量和尺寸精度的复杂几何形状方面具有灵活性.

本质上, 青铜铸件 代表了一种成熟但不断发展的技术，它使传统工艺能够满足现代工业需求,

对于寻求平衡强度的材料的工程师和制造商来说，它是必不可少的选择, 耐腐蚀性, 和制造性.

常见问题解答

青铜铸造与黄铜铸造有何不同?

青铜合金主要含有铜和锡 (以及其他元素), 而黄铜合金含有铜和锌.

铜通常提供更好的耐腐蚀性和磨损特性, 使其更适合重型和海洋应用.

是否适合高温应用的青铜铸件?

青铜合金在适度升高的温度下保持良好的机械性能.

铝青铜器, 尤其, 热处理后保持强度和硬度, 使它们适合暴露于热量和磨损的组件.

是青铜磁的?

一般来说, 青铜是 没有磁性 因为它主要是基于铜的合金. 然而, 一些带有铁磁元素的青铜合金 (像镍或铁) 可能显示出轻微的磁性.

青铜锈吗？?

青铜 不生锈 因为生锈专门指在铁或钢上形成氧化铁.

青铜罐, 然而, 发展绿色的铜绿 (氧化) 随着时间的流逝，暴露于空气和水分时, 实际上可以保护下面的金属.