铸造基础知识(第5节特种铸造)
铸造的基本知识
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。
中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。
中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。
那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。
中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件—晋国铸型鼎,重约270公斤。
欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。
铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。
例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。
18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。
进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。
如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。
在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。
50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。
特 种 铸 造
二、金属型铸造
金属型铸造是指将液态 金属浇入金属铸型中获得铸 件的工艺。金属铸型有多种 形式，如垂直分型式、水平 分型式和复合型式等，其中 垂直分型式使用方便，应用 最广。
1，2—左右半型；3—底型；4，5，6—分块 金属砂芯；7，8—销孔金属砂芯
图6-23 铸造铝活塞的金属铸型
与砂型铸造相比，金属型铸造具有以下特点。
室；7—压射活塞；8—铸件
图6-24 卧式冷挤压铸机的工作过程示意图
与砂型铸造相比，压力铸造具有以下特点。
（1）铸件的表面质量和尺寸精度高，一般可以不经机械加工而直接 使用。
（2）铸件的强度和硬度较高。 （3）可以压铸形状复杂的薄壁铸件。 （4）压铸件中可嵌铸其他材料，如钢、铸铁、铜合金、钻石等，可 以节省贵重材料和机械加工工时。 （5）压力铸造的生产效率较高，但压铸设备成本高、生产周期长。 （6）压铸件容易产生气孔，不宜进行大余量的切削加工和热处理。
四、低压铸造
低压铸造是指液态金属在较低的压力（一般0.02～0.06 MPa）下， 自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的工艺。
1—铸型；2—密封盖；3—坩埚；4—金属液；5—升液管 图6-25 低压铸造的工艺过程
与砂型铸造相比，低压铸造具有以下特点。
（1）适应性强。由于浇注及凝固时的压力可以人为控制，所以适用 于金属型、砂型、树脂壳型、熔模壳型等铸型。
（1）实现了“一型多铸”。 （2）铸件的精度与表面粗糙度有所改善。 （3）铸件的力学性能高。 （4）金属型铸造的局限性。
三、压力铸造
压力铸造是指液态金属在高压作用下快速充填金属型腔，并在压力下 凝固成铸件的铸造工艺。压力铸造的两大特点是高压和高速充型。
（a）
（b）
（c）
第五章铸造工艺基础
第五章铸造第二篇铸造工艺基础教学内容合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性；铸件的常见缺陷分析及防止；常见合金铸件的生产；砂型铸造工艺基础；几种典型的特种铸造工艺方法；铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系。
目的与要求要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其对铸件质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论基础。
常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点。
砂型铸造要求掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺参数的选择原则，分析典型铸件图例，并为今后解决实际问题打好基础。
掌握铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
特种铸造重点了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造基本知识。
‘第一节液态合金的充型充型：液态合金填充铸型的过程。
充型能力：液态金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全的铸件的能力。
影响充型能力的主要因素是合金的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸件结构。
一、合金的流动性1．流动性的概念流动性：液态态合金本身的流动能力。
流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。
流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮，排除。
流动性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。
2.流动性的测定方法以螺旋形试件的长度来测定：如图5-1影响合金流动性的因素:合金成分结金温度范围浇注温度充型压力图5—3所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。
由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。
愈接近共晶成分，愈容易铸造。
二、浇注条件浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。
浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持流动的时间长。
但是，浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易生产气孔、缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易过高。
对于形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高些为宜。
铸造种类和特点
/index.php?ed ition-view-1795-0#3重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。
广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。
学习目标1）了解铸造的分类、特点、应用。
2）理解合金的铸造性能及对铸件质量的影响，常用铸造合金的铸造性能。
3）了解砂型铸造的工艺过程及工艺要点（分型面、浇注位置、工艺参数等的正确选择），会画简单铸件的铸造工艺简图。
4）了解其他常用特种铸造方法的特点及应用、铸造技术发展趋势。
5）初步具备合理选择典型铸件的铸造方法、分析铸件结构工艺性，具有铸件质量与成本分析的初步能力。
铸造是毛坯或零件成形的主要方法之一。
本章主要介绍铸造成形的基础理论知识；砂型铸造与常用特种铸造工艺方法、特点、应用；铸造工艺设计要点、铸件的结构等内容。
铸件第一节铸造基本知识回目录一、概述【铸造】是指将熔化后的金属液浇入铸型中，待凝固、冷却后获得具有一定形状和性能铸件的成形方法。
铸造具有如下特点：（1）对铸件形状和尺寸的适应性强。
它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯，特别适宜制造具有复杂内腔的零件。
铸件的尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量（重量）从几克至数百吨。
（2）对材料的适应性强。
可适应大多数金属材料的成形，对不宜锻压和焊接的材料，铸造具有独特的优点。
（3）铸件成本低。
这是由于铸造原材料来源丰富，铸件的形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低铸造成本。
因此铸造是毛坯生产最主要的方法之一，如按重量计，机床中 60%～80%、汽车中50%～60%采用铸件。
但由于铸造工艺环节多，易产生多种铸造缺陷，且一般铸件的晶粒粗，力学性能不如锻件。
因此铸件一般不适宜制作受力复杂和受力大的重要零件，而主要用于受力不大或受简单静载荷（特别适合于受压应力）的零件，如箱体、床身、支架、机座等。
铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。
砂型铸造是以型砂为主要造型材料制备铸型的铸造工艺方法，它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉等优点，是应用最广的铸造方法；特种铸造是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称，常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、实型铸造等。
特种铸造 铸造方法
特种铸造铸造方法特种铸造是指在金属浇注过程中利用特殊工艺形成的表面凹凸、结构复杂的铸件，具有耐磨、耐腐蚀、耐冲击等优良性能。
一般情况下，特种铸造的材料有铸铁、铜、铝、钢等，常用的铸造方法包括压铸、强力铸造、低压铸造、柔性铸造、涡轮铸造、砂型铸造和精密铸造等。
一、压力铸造压力铸造是一种常用的特殊铸造方法，它主要利用压力将浇注液压入模具内，形成所需图案或形状的铸件。
常用的压力铸造方式有液压铸造、气动铸造和拉铸造。
此外，还可以通过改变模具中的浇注液压入的温度和压力，从而改变铸件的形状。
1、液压铸造液压铸造是利用液压系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
2、气动铸造气动铸造是利用气动控制系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，也可以生产出复杂的形状。
3、拉铸造拉铸造是利用拉力，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
二、强力铸造强力铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
强力铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
三、低压铸造低压铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以低速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
低压铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
四、柔性铸造柔性铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以微小的压力和速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
柔性铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
五、涡轮铸造涡轮铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用涡轮驱动系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
1.特种铸造的分类依据
特种铸造的分类依据主要基于不同的铸造方法和工艺特点。
根据参考文章，特种铸造主要分为以下七种类型：
●金属型铸造：利用金属型模具进行铸造，可以实现“一型多铸”，提高生
产率，改善劳动条件。
●压力铸造：通过高压将液态或半液态金属注入模具中，实现快速、高效的
铸造过程。
●低压铸造：通过降低模具中的压力，使液态金属在低压下填充模具并实现
凝固。
●离心铸造：在旋转的模具中进行铸造，使液态金属在离心力作用下填充模
具并实现凝固。
●熔模铸造：使用易熔材料制作模具，将液态金属注入模具并实现凝固，可
以制作出复杂的铸件。
●实型铸造：通过将液态金属直接浇注到造型材料上，实现铸件的成型。
●陶瓷铸造：使用陶瓷材料制作模具，通过热处理工艺实现铸件的成型。
这些分类方法并非绝对，不同的人或组织可能会有不同的分类标准和命名方式。
铸造工艺特种铸造.ppt
4、浇注
离心铸造时，浇注工艺有其本身的特点，首先由于铸件 的内表面是自由表面，而铸件厚度的控制全由所浇注液体金 属的数量决定，故离心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要 求较高。此外由于浇注是在铸型旋转情况下进行的为了尽可 能地消除金属飞溅的现象，要很好控制金属进入铸型时的方 向。 液体金属的定量有重量法、容积法和定自由表面高度 （液体金属厚度）法等。容积法用一定体积的浇包控制所浇 注液体金属的数量，此法较简便，但受金属的温度，熔渣等 影响，定量不太准确，在生产中用的较多。 为尽可能地消 除浇注时金属的飞溅现象，要控制好液体金属进入铸型时的 流动方向。
小组成员： 唐铨 陈超 刘海彬 黄华润 禚文博
铸造工艺简介
铸造 是一种液态金属成型的方法。在各种铸造方法中，用得最普遍 的是砂型铸造。这是因为砂型铸造对铸件形状、尺寸、重量、合金种类、 生产批量等几乎没有限制。
但随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加 精确、性能更好、成本更低的铸件。为适应这些要求，铸造工作者发明 了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造。
而在双层金属型中，型壁由两层组成，铸件在内型表 面成形。双层金属型结构虽复杂性，但只要改变内型 的工作表面尺寸就可浇注多种外径尺寸的离心铸件。 长期工作后，只需更换结构较简单的内型就可把旧铸 型当作新的铸型使用。
3、涂料
金属型离心铸造时，常需在金属型的工作表面喷刷涂 料。对离心铸造金属型用涂料的要求与一般金属型铸造时 相同。为防止铸件与金属型粘合和铸铁件产生白口，在离 心金属型上的涂料层有时较厚。离心铸造用涂料大多用水 作载体。有时也用于态涂料，如石墨粉，以使铸件能较易 地自型中取出。 喷刷涂料时应注意控制金属型的温度。 在生产大型铸件时，如果铸型本身的热量不足以把涂料洪 干，可以把铸型放在加热炉中加热，并保持铸型的工作温 度，等待浇注。生产小型铸件时，尤其是采用悬臂离心铸 造机生产时，希望尽可能利用铸型本身的热量洪干涂料， 等待浇。
《特种铸造》课件
3 金属模铸造
金属模铸造使用金属模具进行铸造，适用于 制造高温、高压和高强度要求的零部件。
4 水玻璃硅溶胶复合型铸造
水玻璃硅溶胶复合型铸造是一种以水玻璃和 硅溶胶为粘结剂的新型铸造工艺，适用于制 造复杂形状和高精度零部件。
特种铸造的材料
金属材料
特种铸造使用多种金属材料，如铁、铝、铜、镁等，以满足不同零部件的要求。
特种铸造中常用的质量控制方法包括材料测试、尺寸测量、表面质量检查和性能 测试等。
特种铸造的未来发展趋势
新材料的不断引入
技术的不断更新与升级
特种铸造将继续引入新材料，如 高温合金、复合材料等，以满足 不断提高的产品性能和功能需求。
特种铸造将借助先进的技术，如 计算机辅助设计、模拟仿真和智 能化制造等，提高生产效率和产 品质量。
《特种铸造》PPT课件
特种铸造是一种制造复杂金属部件的高级金属加工方法。本课件将介绍特种 铸造的定义、工艺、材料、质量控制和未来发展趋势。
简介
什么是特种铸造？特种铸造是一种高级金属加工方法，用于制造复杂的金属部件。它在现代工业中起着重要作 用，并具有丰富的历史和不断发展的前景。
特种铸造的历史和发展：特种铸造技术的起源可以追溯到古代文明时期，经历了多个阶段的演变和改进，如金 属模铸造和水玻璃硅溶胶复合型铸造。
特种铸造在现代工业中的应用：特种铸造广泛应用于航空航天、汽车、能源、工程机械等领域，为各行各业提 供高质量、高精度的零部件。
特种铸造工艺
1 砂型铸造
砂型铸造是最常见的铸造工艺，使用砂型作 为模具，适用于制造大型复杂金属部件。
2 石膏模铸造
石膏模铸造是使用石膏模具进行铸造的工艺， 适用于制造精密细节和表面平整度要求较高 的零部件。
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➢ 工艺过程：
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a)金属型
为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的 性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破 坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。 金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。
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的管、套类铸件。
(c)上述两种离心铸造机都 能生产成形类铸件
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➢ 特点和应用：
1、离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少； 2、改善金属的流动性，提高了充型能力； 3、简化了中空圆柱形铸件的生产过程； 4、成分偏析严重，尺寸难以控制； 5、特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。
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6. 连续铸造：
－5m/s，充填时间很短，约0.01－02s。
➢ 工艺过程：
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压铸过程主要由压铸机来实现.压 铸机分热压室式和冷压室式两类。
冷压室式压铸机
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➢ 特点和应用：
1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3、铸件尺寸精度高，表面光洁； 4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔； 5、模具成本高，铸件尺寸受限； 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
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5. 离心铸造：
➢ 定义：是指将熔融金属浇入绕水平、倾斜或垂直轴旋转的铸型，
在离心力作用下，凝固成形的铸件轴线与旋转铸型轴线重合的铸造方 法。铸件多是简单的圆筒形，不用芯子形成圆筒内孔。
(a)立式离心铸造机主要 应用于生产高度小于直径
的圆环类铸件。
(b)卧式离心铸造机主要 应用于生产长度大于直径
一定厚度的耐火材料，然后将模样熔化而使金属液充满型 腔的一种铸造方法。
熔
模
铸
造
工
艺
过
程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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6
➢ 工艺过程：
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1. 工人在搅拌蜡原料
2. 融化的蜡注入金属模具
3等到初步凝固后，从模具中取出蜡模型
4. 蜡模型放入冷水中，冷却固化
。 5. 将同样的模型黏合一起形成一个模型树 6. 这步是形成陶模,侵涂料、撒砂、硬化
第五节 特种铸造
为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在 砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把 这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。
熔模铸造
压力铸造
低压铸造
金属型铸造 半固态铸造
V法铸造
特种铸造
离心铸造 连续铸造
消失模铸造
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1
1. 金 属 型 铸 造 ：
➢ 定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力
原理：用泡沫聚苯乙烯塑料模样
（包括浇冒口）代替普通模样，
造好型后不取出模样就浇入金属液，
在灼热液态金属的热作用下，泡沫塑料气化、燃烧而消失，金
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连续铸造工艺过程示意图
连续铸造适用于铁、钢、铜、铅、镁等合金的断 面形状不变和长度较大的铸件生产
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铸铁型材水平连铸原理示意图
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7. 消失模铸造：
定义：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的模
型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸造 生产方法。消失模铸造（EPC）为美国1958年专利，又称实 型铸造和气化模铸造。
➢ 定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶器
的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出， 从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。
➢ 工艺过程：如右图所示。
➢ 特点和应用：
1、冷却速度快，组织致密， 机械性能好；
2、工艺简单，生产效率高； 3、适于横截面一定的钢材、
铝材和铸铁管等铸件的生产精选。ppt
3
b）金属型铸造的工艺特点
1. 金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定， 一般不低于150℃。
2. 刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为0.3 mm－0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接
冲蚀和热击。
3.浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应 比砂型铸造高20℃－30℃。铝合金为680℃-740℃， 铸铁为1300℃－1370℃，锡青铜为1100℃-1150℃， 对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。
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8
7脱蜡焙烧
8陶模被牢固地固定
9.浇注
10移去陶瓷外壳
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9
➢ 特点和应用：
1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或
无切削精密铸件。
➢ 应用实例：航空发动机等轴晶叶片的制备
航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着
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4
c）金属型铸造的特点和应用范围
1.可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； 2.铸件精度高，表面粗糙度较低；
3.金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；
4.不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。
5.适于生产大批量有色金属铸件。
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2.熔模铸造：
➢ 定义：是指利用易熔材料制成模样，并在模样表面粘结
➢ 工艺过程：
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常用压力为0.02~0.06MPa。介于 重力和压力铸造之间。
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低压铸造火车精选车ppt轮示意图
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➢ 特点和应用：
1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2、铸型散热快，组织致密，机械性能好； 3、无需冒口设置，金属利用率高90%； 4、铸件尺寸精度高，表面光洁； 5、适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。
合金材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提
高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。
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目前，世界各国等轴晶叶片的生产通常利用真空环境 下的熔模铸造来解决这一技术难题。
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3 .压力铸造：
定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，
使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获 得铸件的一种铸造方法。常用压射压力为5－70MPa，0.5
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Filter housing
压铸适应零 件
Multilink
Transmission housing
Engine block
Cross member
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Al wheel rim
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4.低压铸造：
➢ 定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自
下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。