为什么要用复合铸造

『壹』 剑（刀）的铸造

人类最早的武器是从石器再进化到青铜器时代，起初青铜器都是以铸造方式制造，因此中国人都把造剑称为铸剑，可是进入铁器时代以后，由于大多数钢的铸造组织脆性都很大，不适合承受冲击力，必须经过随后的锻造及热处理来改善其组织性能，而锻造不但可以使组织细致化，还可除去组织中的杂质，并使材料内部组织沿着拉伸方向呈纤维状分布，所以人类开始了锻冶钢铁的技术研究，金属铸造因为容易掺杂气泡与矿渣而影响强度，所以人类又发明了冶锻钢铁的技术，所有的钢铁兵器都是以锻造的方式为之，因此若以铸剑来称呼钢铁刀剑的制造方法，已经是错误的了。

即使时至今日，钢铁材质的刀剑仍然有一个先天上互为矛盾的问题难以克服，那就是硬度与韧性的两难，钢铁中所含的碳素，经过淬火（急冷）后，来不及扩散迁移，被强制地限制在铁原子的晶格之间，造成了原子晶格的畸变，破坏了平衡状态下碳的分布，当碳含量达到一定程度时，就产生了一种硬而脆的组织，材料学中称之为马氏体组织，随着碳量的增多，脆性增大，影响刀剑挥砍时的耐冲击度，若要保持钢材的韧性，却得牺牲它的硬度，如此一来，刀口将不够锋利，甚至会在劈到硬物后翻卷，这种硬度与韧性的两难，是古今中外所有刀匠一致面对的最大课题。
古代铸造铜剑的工序 制作铜剑的基本方法是铸造，铸造一件铜剑大体上有五道工序。

（一）制范 即制作供浇铸用的型范。剑范多用泥塑造，然后放入窑中经火烘干，再加修整，质地似陶，故称泥范或陶范。制范以铜剑的器形设计为依据，而铜剑器形是否能够达到设计要求，规整而谐调、匀称而美观，则决定于制范是否精细。制范还要为以后的装饰打下基础，如剑体上铸出的花纹和名文，都必须预先在剑范的内壁上刻镂出阴阳相反的纹路。实际上，铜剑装饰的第一步是范型上进行的。

（二）调剂 铸剑的材料是青铜，青铜是铜和锡或铜和锡、铅的合金。剂即剂量，指青铜合金中各成分的比例，古时写作“齐”。熔炼青铜之前，须根据合理的配比规律，对铜、锡或铜、锡、铅等原料进行调配，称作调剂。这是决定铜剑性能的关键环节。在一定范围内，青铜中含锡量提高，能够相应提高合金的硬度和强度；但含锡量超过合量的界限，就会使青铜合金变得非常脆弱，易于断折。在青铜合金中加入少量的铅，可调节金属的铸造和加工性能，但铅含量过高，也会降低合金的硬度和强度。因此，只有按照合理的比例对各成分进行调配，才能得到适于充作剑材的既坚且韧的青铜。

对于铜剑合金的成分配比，春秋战国之际已经认识到了其中的规律。《考工记·攻金之工》所记“金有六齐”，标明了六类铜器的成分比例，其中第四类为：大刃即剑；叁分其金而锡居一，指青铜合金作四等分，铜（金）占三分（百分之七十五），锡占一分（百分之二十五）。

近年来，冶金史研究者陆续分析检测了一些春秋晚期和战国时期的中原铜剑实，发现其合金成分中，铜的含量与“大刃之齐”很接近，大致在百分之七十五上下；但锡的含量相差较多，实际含量只有百分之十六左右，较高的也只有百分之二十多一些。这种差别可能因为，《考工记》“六齐”只标明了青铜合金中最主要的两种万分——铜和锡，而铜实物中常含有少量铅及其他一些元素（铁、锌等），因之，六齐的铜锡配比法大概是一般性地代表了青铜合金中铜和其他非铜元素的比例，如此，则青铜剑实际成分中其他非铜元素的总量也就大致接近百分之二十五了。

撇开文献和实物的上述差别不管，有两点是明确的。一是《考工记》关于“大刃之齐”的记载说明在春秋战国之际，中原匠师对于铜剑合金万分的配比规律已经有所认识，有所总结，并以之指导铸剑；二是铜百分之七十五上下和锡百分之十六左右的实际合金比例是合理的，一些研究者对如此配比的铜剑作了机械性能和硬度试验，证明其具有很好的强度和硬度。

古人铸剑既无先进的熔炼设备、纯洁的原材料，又无精确的测试手段，匠师们在这种情况睛经过长期实践，摸索总结出了青铜合金的配比规律，并具有很强的规律，铸出的铜剑的合金比便也会不尽相同，而呈现在配比常数上下浮动的现象。

（三）熔炼 原料调配停当后，将之装入坩锅炼。熔炼的目的是将铜、锡、铅等原料熔液体，同时也进一步去除原料中含有的杂质，如附着于原料上的木炭，以及原料中含有的氧化物、硫化物和铁等其他金属元素，使合金精纯。

熔炼的关键是观察火候，判断是否熔炼成熟。《考工记》对此有较详记述：

凡铸金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之；

黑浊气是原料上附着的木炭、树枝等碳氢化合物燃烧产生的。黄白气主要是熔点低的锡先熔化而产生的，同时，原料中含有的氧化物，、硫化物和其他元素挥发出来也形成不同颜色的烟气；

黄白之气竭，青白次之；

温度升高，铜熔化的青焰色有几分混入，故现青白气；

青白之气竭，青气次之；

温度再高，铜全熔化，铜量大于锡量度，一进只有青气了。而且，焰色纯净，表明原料中的杂质太多气化跑掉了，剩下残渣可予以去除；

然后可铸也。

销炼成熟，可以浇铸了。

上述次序，也是古代匠师长期实践的经验总结，后来人们用“炉火纯青”喻功夫纯熟，就源于这里。

为了提高青铜合金的质量，工匠们还对铜锡进行多次熔炼，以进一步去除杂质。《考工记·栗氏》所记“改煎金锡”，就是指更番，重复煎炼。

（四）浇铸 将熔炼成熟的青铜液体浇灌入剑范，俟其冷却、凝固，铜剑就成形了。

（五）铸后加工 范铸出来的铜剑仅是一个坯件，表面精糙，故卸去铸范后，还须进行如下的修治加工：

——刮削琢磨，使其表面平整光滑；

——装饰，如在铸成的花纹沟槽中镶嵌琉璃、绿松石，或嵌错红铜丝、金丝、银丝，甚至进一步在器表刻镂花纹。嵌错是当时很常见的装饰工艺，它是在铜器表面铸出或刻镂出花纹，再嵌以金、银、铜丝（或片），用错石将表面磨光，即显出色彩鲜明、线条清晰的生动形象；

——装置附件，配齐剑具；

——砥砺开刃。

这样，铜剑的制作就最终完成了。但在使用过程中，剑器还要时常修治砥砺，故当时可能有一类工匠专门从事这项工作。汉代称这类工匠为“削厉（砺）工”，其技艺又称“洒削”之技。削砺就是刮削砥砺的意思；洒削，指磨刀以水洒之，泛指修治刀剑。

『贰』 复合铸造

复合铸造是两种及两种以上的金属用铸造的方法浇注而成的铸件。是综合了两种及两种以上的金属的优点，辟开了两种及两种以上的金属的缺点。复合铸造有离心复合铸造、实型复合铸造、压力复合铸造、精密复合铸造、镶铸等，是一种新型铸造种类。复合铸造的界面结合有冶金结合、扩散结合、机械结合。是一种物尽其用的途径。复合铸造的方法与参数正在研究之中。

『叁』 铝铸件的性能及应用

铸造铝合金具有一些其他铸件无法比拟的优势，如美观、质量轻、耐腐蚀等优势，使它广受用户的青睐，特别是在汽车轻量化以来，铸造铝合金铸件在汽车工业中得到了广泛的应用。
铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量，故在航空工业及动力机械和运输机械制造中，铝合金铸件得到广泛的应用。铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。
铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660.230C，铝合金的浇注温度一般约在730～750oC左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量，尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，放流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。
铸造铝合金铸件拥有众多的优势，使它成为铸造行业的发展方向和采购客户最受青睐的铸造产品之一，未来随着铝合金铸造技术的进步，它将在更大的舞台上展示自己的风采。
国内铝合金铸件业未来发展急需解决的问题分析
降低能耗，减少环境污染以及节约有限资源是当今各国面临的一个十分重要而紧迫的任务。在汽车等产品轻量化的总趋势的推动下，可以预计，今后10年，我国轻金属铸件市场将会有大幅度的发展。各铸件生产大国的铝、镁合金铸件所占比例在13%～19%之间，有些国家（如意大利）更是高达30%～40%，而我国的铝、镁合金铸件所占的比例不到10%。发达国家90%以上的铝铸件用于汽车零件制造业，在我国，铝合金铸件要形成规模化生产并满足汽车轻量化的要求要解决的问题还很多：第一，汽车对铝铸件的要求向薄壁、形状复杂、高强度、高质量的方向发展。为适应这种要求，应进一步优化铸造工艺并进行新合金材料的开发。第二，应从设计和工艺的角度降低生产成本，如使用一模多件技术和自动化技术以提高生产率、延长模具使用寿命，并采用一体化的设计减少零件数量。第三，采用计算机模拟技术，缩短工艺方案的开发周期。第四，加大铝的回收力度。再生铝是铝铸造的主要原料，我国在发展铸造业的同时应重视再生铝资源的利用，开发从复合材料和异种材料组合的废料中的有效分离铝的技术，并建立广泛的废料回收体系。

『肆』 澶嶅悎閿婚犺疆姣傛湁浠涔堜紭鐐癸紵

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