為什麼要用復合鑄造

『壹』 劍（刀）的鑄造

人類最早的武器是從石器再進化到青銅器時代，起初青銅器都是以鑄造方式製造，因此中國人都把造劍稱為鑄劍，可是進入鐵器時代以後，由於大多數鋼的鑄造組織脆性都很大，不適合承受沖擊力，必須經過隨後的鍛造及熱處理來改善其組織性能，而鍛造不但可以使組織細致化，還可除去組織中的雜質，並使材料內部組織沿著拉伸方向呈纖維狀分布，所以人類開始了鍛冶鋼鐵的技術研究，金屬鑄造因為容易摻雜氣泡與礦渣而影響強度，所以人類又發明了冶鍛鋼鐵的技術，所有的鋼鐵兵器都是以鍛造的方式為之，因此若以鑄劍來稱呼鋼鐵刀劍的製造方法，已經是錯誤的了。

即使時至今日，鋼鐵材質的刀劍仍然有一個先天上互為矛盾的問題難以克服，那就是硬度與韌性的兩難，鋼鐵中所含的碳素，經過淬火（急冷）後，來不及擴散遷移，被強制地限制在鐵原子的晶格之間，造成了原子晶格的畸變，破壞了平衡狀態下碳的分布，當碳含量達到一定程度時，就產生了一種硬而脆的組織，材料學中稱之為馬氏體組織，隨著碳量的增多，脆性增大，影響刀劍揮砍時的耐沖擊度，若要保持鋼材的韌性，卻得犧牲它的硬度，如此一來，刀口將不夠鋒利，甚至會在劈到硬物後翻卷，這種硬度與韌性的兩難，是古今中外所有刀匠一致面對的最大課題。
古代鑄造銅劍的工序 製作銅劍的基本方法是鑄造，鑄造一件銅劍大體上有五道工序。

（一）制范 即製作供澆鑄用的型範。劍范多用泥塑造，然後放入窯中經火烘乾，再加修整，質地似陶，故稱泥范或陶范。制范以銅劍的器形設計為依據，而銅劍器形是否能夠達到設計要求，規整而諧調、勻稱而美觀，則決定於制范是否精細。制范還要為以後的裝飾打下基礎，如劍體上鑄出的花紋和名文，都必須預先在劍范的內壁上刻鏤出陰陽相反的紋路。實際上，銅劍裝飾的第一步是范型上進行的。

（二）調劑 鑄劍的材料是青銅，青銅是銅和錫或銅和錫、鉛的合金。劑即劑量，指青銅合金中各成分的比例，古時寫作「齊」。熔煉青銅之前，須根據合理的配比規律，對銅、錫或銅、錫、鉛等原料進行調配，稱作調劑。這是決定銅劍性能的關鍵環節。在一定范圍內，青銅中含錫量提高，能夠相應提高合金的硬度和強度；但含錫量超過合量的界限，就會使青銅合金變得非常脆弱，易於斷折。在青銅合金中加入少量的鉛，可調節金屬的鑄造和加工性能，但鉛含量過高，也會降低合金的硬度和強度。因此，只有按照合理的比例對各成分進行調配，才能得到適於充作劍材的既堅且韌的青銅。

對於銅劍合金的成分配比，春秋戰國之際已經認識到了其中的規律。《考工記·攻金之工》所記「金有六齊」，標明了六類銅器的成分比例，其中第四類為：大刃即劍；叄分其金而錫居一，指青銅合金作四等分，銅（金）佔三分（百分之七十五），錫佔一分（百分之二十五）。

近年來，冶金史研究者陸續分析檢測了一些春秋晚期和戰國時期的中原銅劍實，發現其合金成分中，銅的含量與「大刃之齊」很接近，大致在百分之七十五上下；但錫的含量相差較多，實際含量只有百分之十六左右，較高的也只有百分之二十多一些。這種差別可能因為，《考工記》「六齊」只標明了青銅合金中最主要的兩種萬分——銅和錫，而銅實物中常含有少量鉛及其他一些元素（鐵、鋅等），因之，六齊的銅錫配比法大概是一般性地代表了青銅合金中銅和其他非銅元素的比例，如此，則青銅劍實際成分中其他非銅元素的總量也就大致接近百分之二十五了。

撇開文獻和實物的上述差別不管，有兩點是明確的。一是《考工記》關於「大刃之齊」的記載說明在春秋戰國之際，中原匠師對於銅劍合金萬分的配比規律已經有所認識，有所總結，並以之指導鑄劍；二是銅百分之七十五上下和錫百分之十六左右的實際合金比例是合理的，一些研究者對如此配比的銅劍作了機械性能和硬度試驗，證明其具有很好的強度和硬度。

古人鑄劍既無先進的熔煉設備、純潔的原材料，又無精確的測試手段，匠師們在這種情況睛經過長期實踐，摸索總結出了青銅合金的配比規律，並具有很強的規律，鑄出的銅劍的合金比便也會不盡相同，而呈現在配比常數上下浮動的現象。

（三）熔煉 原料調配停當後，將之裝入坩鍋煉。熔煉的目的是將銅、錫、鉛等原料熔液體，同時也進一步去除原料中含有的雜質，如附著於原料上的木炭，以及原料中含有的氧化物、硫化物和鐵等其他金屬元素，使合金精純。

熔煉的關鍵是觀察火候，判斷是否熔煉成熟。《考工記》對此有較詳記述：

凡鑄金之狀，金與錫，黑濁之氣竭，黃白次之；

黑濁氣是原料上附著的木炭、樹枝等碳氫化合物燃燒產生的。黃白氣主要是熔點低的錫先熔化而產生的，同時，原料中含有的氧化物，、硫化物和其他元素揮發出來也形成不同顏色的煙氣；

黃白之氣竭，青白次之；

溫度升高，銅熔化的青焰色有幾分混入，故現青白氣；

青白之氣竭，青氣次之；

溫度再高，銅全熔化，銅量大於錫量度，一進只有青氣了。而且，焰色純凈，表明原料中的雜質太多氣化跑掉了，剩下殘渣可予以去除；

然後可鑄也。

銷煉成熟，可以澆鑄了。

上述次序，也是古代匠師長期實踐的經驗總結，後來人們用「爐火純青」喻功夫純熟，就源於這里。

為了提高青銅合金的質量，工匠們還對銅錫進行多次熔煉，以進一步去除雜質。《考工記·栗氏》所記「改煎金錫」，就是指更番，重復煎煉。

（四）澆鑄 將熔煉成熟的青銅液體澆灌入劍范，俟其冷卻、凝固，銅劍就成形了。

（五）鑄後加工 范鑄出來的銅劍僅是一個坯件，表面精糙，故卸去鑄范後，還須進行如下的修治加工：

——刮削琢磨，使其表面平整光滑；

——裝飾，如在鑄成的花紋溝槽中鑲嵌琉璃、綠松石，或嵌錯紅銅絲、金絲、銀絲，甚至進一步在器表刻鏤花紋。嵌錯是當時很常見的裝飾工藝，它是在銅器表面鑄出或刻鏤出花紋，再嵌以金、銀、銅絲（或片），用錯石將表面磨光，即顯出色彩鮮明、線條清晰的生動形象；

——裝置附件，配齊劍具；

——砥礪開刃。

這樣，銅劍的製作就最終完成了。但在使用過程中，劍器還要時常修治砥礪，故當時可能有一類工匠專門從事這項工作。漢代稱這類工匠為「削厲（礪）工」，其技藝又稱「灑削」之技。削礪就是刮削砥礪的意思；灑削，指磨刀以水灑之，泛指修治刀劍。

『貳』 復合鑄造

復合鑄造是兩種及兩種以上的金屬用鑄造的方法澆注而成的鑄件。是綜合了兩種及兩種以上的金屬的優點，辟開了兩種及兩種以上的金屬的缺點。復合鑄造有離心復合鑄造、實型復合鑄造、壓力復合鑄造、精密復合鑄造、鑲鑄等，是一種新型鑄造種類。復合鑄造的界面結合有冶金結合、擴散結合、機械結合。是一種物盡其用的途徑。復合鑄造的方法與參數正在研究之中。

『叄』 鋁鑄件的性能及應用

鑄造鋁合金具有一些其他鑄件無法比擬的優勢，如美觀、質量輕、耐腐蝕等優勢，使它廣受用戶的青睞，特別是在汽車輕量化以來，鑄造鋁合金鑄件在汽車工業中得到了廣泛的應用。
鑄造鋁合金的密度比鑄鐵和鑄鋼小，而比強度則較高。因此在承受同樣載荷條件下採用鋁合金鑄件，可以減輕結構的重量，故在航空工業及動力機械和運輸機械製造中，鋁合金鑄件得到廣泛的應用。鋁合金有良好的表面光澤，在大氣及淡水中具有良好的耐腐蝕性，故在民用器皿製造中，具有廣泛的用途。純鋁在硝酸及醋酸等氧化性酸類介質中具有良好的耐蝕性，因而鋁鑄件在化學工業中也有一定的用途。純鋁及鋁合金有良好的導熱性能，放在化工生產中使用的熱交換裝置，以及動力機械上要求具有良好導熱性能的零件，如內燃機的汽缸蓋和活塞等，也適於用鋁合金來製造。
鋁合金具有良好的鑄造性能。由於熔點較低（純鋁熔點為660.230C，鋁合金的澆注溫度一般約在730～750oC左右），故能廣泛採用金屬型及壓力鑄造等鑄造方法，以提高鑄件的內在質量，尺寸精度和表面光潔程度以及生產效率。鋁合金由於凝固潛熱大，在重量相同條件下，鋁液的凝固過程時間延續比鑄鋼和鑄鐵長得多，放流動性良好，有利於鑄造薄壁和結構復雜的鑄件。
鑄造鋁合金鑄件擁有眾多的優勢，使它成為鑄造行業的發展方向和采購客戶最受青睞的鑄造產品之一，未來隨著鋁合金鑄造技術的進步，它將在更大的舞台上展示自己的風采。
國內鋁合金鑄件業未來發展急需解決的問題分析
降低能耗，減少環境污染以及節約有限資源是當今各國面臨的一個十分重要而緊迫的任務。在汽車等產品輕量化的總趨勢的推動下，可以預計，今後10年，我國輕金屬鑄件市場將會有大幅度的發展。各鑄件生產大國的鋁、鎂合金鑄件所佔比例在13%～19%之間，有些國家（如義大利）更是高達30%～40%，而我國的鋁、鎂合金鑄件所佔的比例不到10%。發達國家90%以上的鋁鑄件用於汽車零件製造業，在我國，鋁合金鑄件要形成規模化生產並滿足汽車輕量化的要求要解決的問題還很多：第一，汽車對鋁鑄件的要求向薄壁、形狀復雜、高強度、高質量的方向發展。為適應這種要求，應進一步優化鑄造工藝並進行新合金材料的開發。第二，應從設計和工藝的角度降低生產成本，如使用一模多件技術和自動化技術以提高生產率、延長模具使用壽命，並採用一體化的設計減少零件數量。第三，採用計算機模擬技術，縮短工藝方案的開發周期。第四，加大鋁的回收力度。再生鋁是鋁鑄造的主要原料，我國在發展鑄造業的同時應重視再生鋁資源的利用，開發從復合材料和異種材料組合的廢料中的有效分離鋁的技術，並建立廣泛的廢料回收體系。

『肆』 澶嶅悎閿婚犺疆姣傛湁浠涔堜紭鐐癸紵

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