一、鑄造工藝對材料性能的影響

1. 砂型鑄造

• 工藝特點：使用砂型模具，冷卻速度較慢，適合多種材料（鑄鐵、鑄鋼、鋁合金等）。
• 對性能的影響：
  • 鑄鐵：灰鑄鐵中石墨呈片狀，冷卻慢易形成粗大片狀石墨，降低強度和韌性，但減震性更好（如 HT200 底座）；球墨鑄鐵若孕育處理不當，可能出現石墨球化不良，影響力學性能。
  • 鑄鋼：冷卻慢導致晶粒粗大，強度和韌性略低，需后續熱處理細化晶粒（如正火處理）。
  • 優勢：工藝靈活，適合復雜結構底座，但組織致密度較低，可能存在氣孔、縮松等缺陷。

2. 金屬型鑄造（硬模鑄造）

• 工藝特點：金屬模具導熱快，冷卻速度比砂型鑄造高 10-20 倍，主要用于鋁合金、鑄鐵等。
• 對性能的影響：
  • 鋁合金：快速冷卻使晶粒細化，析出強化相（如 Al-Si 合金中的 Si 顆粒細化），強度和硬度顯著提高（如 ZL104 底座抗拉強度可提升 20% 以上），但塑性略降。
  • 鑄鐵：灰鑄鐵中石墨呈細片狀，基體組織更致密，強度（如 HT300 抗拉強度提升 10%-15%）和耐磨性優于砂型鑄造，但減震性略差。
  • 優勢：鑄件致密度高，缺陷少，適合對強度要求高的底座（如汽車發動機鋁合金底座）。

3. 壓力鑄造（壓鑄）

• 工藝特點：高壓下將金屬液注入模具，冷卻極快，主要用于鋅合金、鋁合金等低熔點合金。
• 對性能的影響：
  • 組織細化：高速冷卻形成極細晶粒，鋁合金壓鑄底座的抗拉強度可比砂型鑄造提高 30% 以上，且表面光潔度高。
  • 缺陷風險：高壓下易卷入氣體，形成皮下氣孔，導致鑄件在熱處理或高溫環境下變形開裂，因此鋅合金底座（如電子設備外殼底座）通常不進行熱處理。
  • 優勢：生產效率高，尺寸精度高，適合小型、薄壁、復雜結構底座。

4. 離心鑄造

• 工藝特點：旋轉模具中澆注金屬液，利用離心力成型，主要用于管狀或環狀底座（如軸承座）。
• 對性能的影響：
  • 組織均勻性：離心力使金屬液中的氣體、夾雜物向內側移動，外側組織更致密，耐磨性顯著提高（如銅合金軸承底座的耐磨層致密度提升 40%）。
  • 成分偏析：對合金元素密度差異大的材料（如鉛青銅），可能導致成分偏析，需控制旋轉速度。

二、熱處理工藝對材料性能的影響

1. 退火與正火（鑄鐵、鑄鋼常用）

• 退火：緩慢冷卻消除殘余應力，細化石墨（鑄鐵）或珠光體組織（鑄鋼），降低硬度，改善切削加工性（如灰鑄鐵底座退火后硬度降低 15-20HB）。
• 正火：空冷使組織更均勻，鑄鋼底座正火后抗拉強度可提升 10%-20%，韌性提高 5%-10%（如 ZG230-450 正火后沖擊功增加 10J）。

2. 淬火 + 回火（鑄鋼、鋁合金常用）

• 鑄鋼：淬火（如 ZG40Cr 底座）使馬氏體組織形成，硬度驟升（可達 50HRC 以上），但脆性大；回火后消除應力，調整強度與韌性匹配（如中溫回火后抗拉強度達 800MPa，沖擊功 30J）。
• 鋁合金：時效處理（如 ZL102 底座淬火后人工時效）析出強化相（如 θ' 相），抗拉強度從 180MPa 提升至 240MPa，硬度從 60HB 提升至 90HB。

3. 表面淬火（鑄鐵底座常用）

• 對機床鑄鐵底座導軌面進行高頻淬火，表面形成馬氏體 + 石墨組織，硬度從 200HB 提升至 500HB 以上，耐磨性提高 3-5 倍，而心部仍保持減震性。

三、表面處理工藝對材料性能的影響

1. 電鍍與熱噴涂（防腐蝕、耐磨）

• 鍍鋅 / 鉻：鋅合金底座電鍍鉻后，表面硬度達 800-1000HV，耐鹽霧腐蝕時間從 24 小時延長至 1000 小時以上。
• 熱噴涂陶瓷：鋁合金散熱底座噴涂 Al?O?陶瓷，表面硬度達 1200HV，耐磨性提升 10 倍，同時絕緣性增強（適合電子設備）。

2. 滲碳與滲氮（表面強化）

• 鑄鋼底座滲碳：滲碳層深度 0.5-2mm，表面硬度達 58-62HRC，耐磨性顯著提高（如工程機械鑄鋼底座滲碳后接觸疲勞壽命延長 5 倍）。
• 鑄鐵底座滲氮：形成 Fe?N 硬化層，硬度達 900-1200HV，且滲氮溫度低（500-600℃），不易變形，適合精密機床底座。

3. 鈍化與陽極氧化（鋁合金常用）

• 陽極氧化：鋁合金底座表面形成多孔氧化膜（Al?O?），耐腐蝕性提升（鹽霧測試通過 500 小時），且可染色美化（如電子設備底座的黑色陽極氧化）。

四、典型案例：不同工藝對鑄鐵底座性能的對比

五、工藝選擇的關鍵原則

• 根據材料特性選工藝：鋁合金適合金屬型鑄造或壓鑄以細化晶粒；鑄鐵底座若需高耐磨性，可選表面淬火。
• 根據性能需求匹配工藝：重載底座（如工程機械）需鑄鋼 + 淬火回火；耐腐蝕底座（如化工設備）需鋁合金 + 陽極氧化。
• 平衡成本與性能：批量生產的小型底座（如鋅合金）選壓鑄工藝，無需后續復雜熱處理；精密底座（如航空航天）需結合鑄造 + 多步熱處理。

通過合理設計加工工藝，可顯著優化底座鑄件材料的性能，滿足不同工況下的強度、耐磨、防腐等需求。

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