一、铸造工艺对材料性能的影响

1. 砂型铸造

• 工艺特点：使用砂型模具，冷却速度较慢，适合多种材料（铸铁、铸钢、铝合金等）。
• 对性能的影响：
  • 铸铁：灰铸铁中石墨呈片状，冷却慢易形成粗大片状石墨，降低强度和韧性，但减震性更好（如 HT200 底座）；球墨铸铁若孕育处理不当，可能出现石墨球化不良，影响力学性能。
  • 铸钢：冷却慢导致晶粒粗大，强度和韧性略低，需后续热处理细化晶粒（如正火处理）。
  • 优势：工艺灵活，适合复杂结构底座，但组织致密度较低，可能存在气孔、缩松等缺陷。

2. 金属型铸造（硬模铸造）

• 工艺特点：金属模具导热快，冷却速度比砂型铸造高 10-20 倍，主要用于铝合金、铸铁等。
• 对性能的影响：
  • 铝合金：快速冷却使晶粒细化，析出强化相（如 Al-Si 合金中的 Si 颗粒细化），强度和硬度显著提高（如 ZL104 底座抗拉强度可提升 20% 以上），但塑性略降。
  • 铸铁：灰铸铁中石墨呈细片状，基体组织更致密，强度（如 HT300 抗拉强度提升 10%-15%）和耐磨性优于砂型铸造，但减震性略差。
  • 优势：铸件致密度高，缺陷少，适合对强度要求高的底座（如汽车发动机铝合金底座）。

3. 压力铸造（压铸）

• 工艺特点：高压下将金属液注入模具，冷却极快，主要用于锌合金、铝合金等低熔点合金。
• 对性能的影响：
  • 组织细化：高速冷却形成极细晶粒，铝合金压铸底座的抗拉强度可比砂型铸造提高 30% 以上，且表面光洁度高。
  • 缺陷风险：高压下易卷入气体，形成皮下气孔，导致铸件在热处理或高温环境下变形开裂，因此锌合金底座（如电子设备外壳底座）通常不进行热处理。
  • 优势：生产效率高，尺寸精度高，适合小型、薄壁、复杂结构底座。

4. 离心铸造

• 工艺特点：旋转模具中浇注金属液，利用离心力成型，主要用于管状或环状底座（如轴承座）。
• 对性能的影响：
  • 组织均匀性：离心力使金属液中的气体、夹杂物向内侧移动，外侧组织更致密，耐磨性显著提高（如铜合金轴承底座的耐磨层致密度提升 40%）。
  • 成分偏析：对合金元素密度差异大的材料（如铅青铜），可能导致成分偏析，需控制旋转速度。

二、热处理工艺对材料性能的影响

1. 退火与正火（铸铁、铸钢常用）

• 退火：缓慢冷却消除残余应力，细化石墨（铸铁）或珠光体组织（铸钢），降低硬度，改善切削加工性（如灰铸铁底座退火后硬度降低 15-20HB）。
• 正火：空冷使组织更均匀，铸钢底座正火后抗拉强度可提升 10%-20%，韧性提高 5%-10%（如 ZG230-450 正火后冲击功增加 10J）。

2. 淬火 + 回火（铸钢、铝合金常用）

• 铸钢：淬火（如 ZG40Cr 底座）使马氏体组织形成，硬度骤升（可达 50HRC 以上），但脆性大；回火后消除应力，调整强度与韧性匹配（如中温回火后抗拉强度达 800MPa，冲击功 30J）。
• 铝合金：时效处理（如 ZL102 底座淬火后人工时效）析出强化相（如 θ' 相），抗拉强度从 180MPa 提升至 240MPa，硬度从 60HB 提升至 90HB。

3. 表面淬火（铸铁底座常用）

• 对机床铸铁底座导轨面进行高频淬火，表面形成马氏体 + 石墨组织，硬度从 200HB 提升至 500HB 以上，耐磨性提高 3-5 倍，而心部仍保持减震性。

三、表面处理工艺对材料性能的影响

1. 电镀与热喷涂（防腐蚀、耐磨）

• 镀锌 / 铬：锌合金底座电镀铬后，表面硬度达 800-1000HV，耐盐雾腐蚀时间从 24 小时延长至 1000 小时以上。
• 热喷涂陶瓷：铝合金散热底座喷涂 Al?O?陶瓷，表面硬度达 1200HV，耐磨性提升 10 倍，同时绝缘性增强（适合电子设备）。

2. 渗碳与渗氮（表面强化）

• 铸钢底座渗碳：渗碳层深度 0.5-2mm，表面硬度达 58-62HRC，耐磨性显著提高（如工程机械铸钢底座渗碳后接触疲劳寿命延长 5 倍）。
• 铸铁底座渗氮：形成 Fe?N 硬化层，硬度达 900-1200HV，且渗氮温度低（500-600℃），不易变形，适合精密机床底座。

3. 钝化与阳极氧化（铝合金常用）

• 阳极氧化：铝合金底座表面形成多孔氧化膜（Al?O?），耐腐蚀性提升（盐雾测试通过 500 小时），且可染色美化（如电子设备底座的黑色阳极氧化）。

四、典型案例：不同工艺对铸铁底座性能的对比

五、工艺选择的关键原则

• 根据材料特性选工艺：铝合金适合金属型铸造或压铸以细化晶粒；铸铁底座若需高耐磨性，可选表面淬火。
• 根据性能需求匹配工艺：重载底座（如工程机械）需铸钢 + 淬火回火；耐腐蚀底座（如化工设备）需铝合金 + 阳极氧化。
• 平衡成本与性能：批量生产的小型底座（如锌合金）选压铸工艺，无需后续复杂热处理；精密底座（如航空航天）需结合铸造 + 多步热处理。

通过合理设计加工工艺，可显著优化底座铸件材料的性能，满足不同工况下的强度、耐磨、防腐等需求。

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