时间：2022-10-31 05:40:30
1铸造缺陷对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响分析
1.1生铁中磷含量对曲轴疲劳强度的影响对于球墨铸铁炉料而言，其中的生铁成分、回炉铁成分以及废钢中的磷成分在铁水熔炼过程当中会以恒定量的方式得到保留。同时，过量的磷成分多富集于晶界，主要表现形式为二元磷共晶或者是三元磷共晶。无论其表现为哪种形式，都具有脆性相的特点，由此会导致球墨铸铁的塑性指标明显降低，最终诱发曲轴的早期断裂。已有研究中对发生断裂问题的曲轴进行分析，分析结果显示：曲轴正火采用部分奥氏体化工艺，通过此种方式获得铁素体组织（此类铁素体组织多为破碎形态）。但从断轴分析的角度上来说，此部分检出的磷成分含量多在0.07~0.10％范围内。通过疲劳试验所得出的结果反映，该曲轴正常运行工况条件下的疲劳强度极限值仅为8050.0kg•cm，无法满足设计要求。其原因在于曲轴制造使用了本地生铁作为的球铁炉料。在取消该环节后曲轴质量自然可得到提高。
1.2铸造缩松对曲轴疲劳强度的影响已有研究资料中报道某厂曲轴曾大量出现断裂问题。从曲轴外观上观察得知，导致断裂的主要原因是在曲轴连杆轴颈位置有铸造缩松问题，且肉眼可见。分析其成因是：在冷铁供应存在问题的条件下，曲轴造型省略了补缩所使用的冷铁。在恢复冷铁工艺后，曲轴铸造缩松问题得到了圆满的解决。由此可见，铸造缩松对于曲轴疲劳强度的影响是非常显著的。
1.3黑色带层及灰斑对曲轴疲劳强度的影响在常规工艺条件下，球墨铸铁曲轴断口多呈现出灰色或银灰色，曲轴本体以及抗拉试棒断口同样应当有此类表现。对于黑色带层问题而言，其主要是受到灰斑在疲劳试验曲轴轴颈往复式运动的影响而形成的，而灰斑的产生则主要是受到了铁水中硅偏析的影响。以往研究中在对某批次球墨铸铁曲轴进行疲劳试验的过程当中发现曲轴断面出现了异常的黑色层以及灰斑。虽然此种问题在球墨铸铁曲轴中相对比较少见，但同样属于内部缺陷的一种表现形式，此问题的出现导致了曲轴疲劳强度受到不良影响，有黑色带层或灰斑问题的曲轴在正常使用过程当中可能提前出现疲劳裂纹，导致抗疲劳强度的下降。
2热处理工艺对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响分析
2.1正火和中频淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响已有研究中显示，对于球墨铸铁曲轴而言，在经过高温正火处理后，能够将其中所存在的游离状态渗碳体消除掉，从而能够起到调整基体中铁素体以及珠光体形态，以及两者构成比例的目的。通过这种方式，使球墨铸铁曲轴的综合力学性能得到了提升，促进了抗疲劳强度的改善。同时，在球墨铸铁曲轴制造过程当中，通过进行中频淬火处理的方式，能够使球墨铸铁曲轴表面形成具有一定深度的淬硬层，其对于改善曲轴自身耐磨性能有重要意义。但也有研究中认为：传统的非圆角淬火工艺下会导致曲轴淬火区与非淬火区交界位置产生失衡且反向的应力关系，并对疲劳强度造成不良影响。因此，在引入中频淬火工艺的过程当中，需要尽量选择圆角淬火工艺，达到满意的处理效果。
2.2等温淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响在球墨铸铁曲轴的生产过程当中，通过应用等温淬火工艺的方式，能够使曲轴获得主要的贝氏体成分，同时还可形成一定的马氏体组织以及残余奥氏体组织，力学性能上具有较高的强度以及韧性水平。已有研究资料中报道，针对受到化学成分偏离影响而造成球墨铸铁曲轴疲劳强度的不足的问题，通过应用等温淬火工艺的方式，解决了曲轴在热处理上的质量问题。等温淬火工艺的应用除了对改善球墨铸铁曲轴疲劳强度水平以外，还对提高曲轴自身耐磨性有重要价值，由此也有效延长了曲轴的使用寿命，综合效益确切。
2.3氧氮化工艺对曲轴疲劳强度的影响从化学处理的角度上来说，在球墨铸铁曲轴的制造生产工艺中，通过对曲轴进行氧氮化处理的方式，能够使曲轴表面获得具有高氮特点的化合物层，同时还可形成具有饱和特点的氧扩散层。受到氧成分以及氮成分渗入的影响，使得球墨铸铁曲轴表面层的化学成分发生改变，与之相对应的显微结构也有了非常显著的提升趋势，曲轴整体的耐磨性能以及耏疲劳性能均得到了有效的改善。需要注意的一点是，对于经过氧氮化处理的球墨铸铁曲轴而言，其抗疲劳水平的提高很大程度上会受到氧化层扩散水平的影响，在氮化处理后快速冷却，并在扩散层中形成饱和固溶体，或是形成高水平的残余压应力都能够促进疲劳强度的提高。正是由于在氧氮化工艺处理下，曲轴表面能够形成较深的扩散层，故而对延长球墨铸铁使用寿命也有相当重要的意义与价值。
3结束语
结合本文以上分析认为：对于球墨铸铁曲轴而言，断裂是其运行过程当中最主要的失效形式。解决并最大限度避免曲轴失效问题的方法在于弥补铸造缺陷，同时对热处理工艺进行合理改进。本次研究中重点从铸造缺陷以及热处理工艺这两个角度入手，分析以上因素对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响，指出可以通过弥补铸造缺陷，同时合理应用正火、中频表面淬火、等温淬火以及氧氮化处理的方式，促进球墨铸铁曲轴疲劳强度水平的提升，同时改善曲轴的耐磨性，延长球墨铸铁曲轴的使用寿命，发挥更加确切的使用价值。
作者：范杰单位：大唐珲春发电厂
关键词：卓越工程师；铸造工艺；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）09-0023-03
一、引言
我国工程教育的规模位居世界第一，已成为名副其实的工程教育大国。高等工程教育体系大而不强、多而不精，毕业生创新能力和实践能力较弱，成为困扰我国高等工程教育的难题。实现工程教育大国向强国的转变，推进高等工程教育改革势在必行[1]。在这样的背景下，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）。“卓越计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用[2]。“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。
课程、教学内容和教学环节是工程人才培养的基本要素，是培养出卓越人才的关键[3]。“铸造工艺”课程是材料成型与控制工程专业（铸造方向）的主干课程，在铸造专业人才的培养过程中具有举足轻重的地位。这门课程是一门实践性非常强的课程，与生产实习紧密相关，是培养铸造方向学生工程能力和创新能力最重要的一门课，这正好符合“卓越计划”的培养理念，为了配合“卓越计划”的实施，我们对这门课程的教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了思考和探索。
二、“铸造工艺”课程特点及教学现状
铸造工艺是一个复杂的、影响因素诸多的金属凝固成型过程，工艺设计既要考虑不同的合金材料、不同的铸造方法的影响，还要考虑不同的零件结构及其工艺参数的影响。若想真正掌握并灵活应用铸造工艺，就必须具备扎实的理论基础和丰富的实践经验[4]。受传统教育思想的影响，铸造工艺课程教学仍然是重理论、轻实践，忽视学生创新能力的培养，主要表现在：（1）教学方式单一，授课方式采用老师讲、学生听的“填鸭式”教学方法，课题缺乏学生的参与，不利于学生能力的培养。（2）教学内容陈旧，理论脱离实践、应用实例少，学生在学完这门课后进行铸造工艺设计时无从下手。（3）课内实验也完全是简单的验证性实验，学生兴趣不高，难以培养学生的创新能力。（4）课程的考核仍以闭卷的书面形式考核，考核内容多以基础知识的考察为主，这种教学和考核方式不利于卓越工程师的培养，不能满足“卓越计划”对工程能力和创新能力强化培养的要求。
三、卓越工程师培养理念下的课程教学改革
1.课程教学内容改革。根据“卓越计划”的特点，从工程实际出发，对本课程教学大纲进行了修订，改变传统的重理论、轻实践的教学思路，同时将教材的内容与铸造工程师资格认证考试内容结合起来，吸收职业资格考试的相关内容，加强学生的工程素质和实践能力的培养。根据铸造工艺课程的特点增加一些典型铸件铸造工艺设计实例。使学生能够通过实例掌握产品的铸造工艺设计步骤及方法。
根据这门课程的特点，为了让学生能够牢固的掌握设计理论基础，灵活运用所学习过的知识，开拓设计思路，我们把工艺课程进行了模块化设计，把授课内容分为若干模块。例如：铸造工艺方案的选择；浇注系统的设计；冒口、冷铁设计、砂芯的设计；铸造工艺装备设计等。通过模块化教学配合相应的工厂实践教学，使学生及时巩固了铸造工艺的设计理论，并加深了学生对现象的认识和对知识的掌握。
2.课程教学方法和教学手段改革。
①教学方法综合运用，激发学生兴趣。综合运用实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。教学时将实物展示给学生，并采用启发法及课堂讨论的方法，培养学生的综合素质。例如在讲述浇注系统的设计时，可以向学生展示一套还未清理的，保留完整浇注系统的铸件，学生可以获得充分的感官认识，同时充分发挥学生的主观能动性，让学生思考几种不同的浇注系统的设计方案，然后进行讨论，让学生参与到课堂教学中。
②多媒体教学，提高教学质量。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[5]。通过搜集、精选、制作铸造工艺方面的图片、动画来丰富该课程的多媒体课件。例如，在讲授手工造型方法时，若采用板书教学来讲述整体造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型等，则不易掌握其相关内容；若采用Flas的形式，则可清楚、直观地看到各种手工造型方法，激发学生的学习兴趣，使学生快速掌握相关内容。在讲授浇注位置的选择、分型面的选择等内容时，可通过动画模拟展示，既形象生动、直观、感染力强，又可变单纯的听觉语言为视听同步的动画模拟，这样就可以理解轻松，难点化解，学习由难变易，降低了学生学习的枯燥感，提高了教学效率和教学效果。将铸造生产企业的录像短片穿插于课堂教学中，这种录像演示生产过程的教学模式将无形变为有形、不可见转变为可见、无声转变为有声，展示了实际工业生产中的情况，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的感性认识和好奇心，培养了学生的工程能力，提高了教学效果。
③课内实验教学改革。铸造工艺是一门实践性很强的专业课，但现有的课内实验完全是验证性的实验，难以培养学生的工程能力和创新能力。将铸造模拟软件引入课内实验，使之应用于实际铸件的工艺设计之中，为理论与实践结合提供了一个新思路。通过铸造凝固过程模拟，可以预测铸造缺陷产生，优化工艺设计，缩短试制周期，降低成本。铸造模拟软件有德国的MAGMA，法国ESI公司的PROCAST，韩国的AnyCasting，华中科技大学开发的华铸CAE等。华铸CAE是中国最著名的铸造分析系统，国内占有率达到80%左右。因此，本课程采用华铸CAE开展8个学时的铸造工艺模拟实验课。实验一：纯凝固模拟分析（4学时）；实验二：基于耦合的凝固计算（4学时）。给学生一些典型的零件，让学生在实验课中模拟铸件的充型凝固过程，预测缺陷，并优化工艺方案。通过这种实验改革的方式，达到提高学生应用能力的目的。这种原理与模拟相结合的教学方法对于加强学生对铸造工艺设计的认识，原理的深入理解效果很好。
通过上述实践环节的改革，可极大地促进学生的学习兴趣，提高设计能力，为学生的工程能力和创新能力打下了很好的基础。
④基于校企合作的教学方法改革。企业优秀工程师、技术员都具备丰富的时间技能和经验，聘请他们承担部分课堂教学任务，讲解铸造工艺规程的编制、产品铸造工艺设计的关键环节等，使得学生很容易掌握本专业设计前沿技术，同时也掌握工程应用中的一些非常重要的概念和结论。通过这种校企合作的授课方法提高了学生的职业技能，培养了学生的工程能力。
⑤课堂授课与铸造现场实践教学的结合。以往材料成形及控制工程专业（铸造方向）的生产实习都是在铸造工艺课程结束后，才到工厂进行生产实习。学生在学习铸造工艺的过程中由于对具体的生产没有概念，往往对很多内容不理解。通过这次教学改革，增加了工厂实践的这个教学环节，边学习边实践，每讲授完一个模块后，便到工厂实习相关内容，做到课堂理论教学和现场实践教学的同步进行，通过这个实践环节来促进教学内容的学习。
⑥科技竞赛提高学生综合素质。鼓励学生积极参加“永冠杯”中国大学生铸造工艺设计大赛。该项赛事由中国机械工程学会铸造分会等单位举办，是近年来铸造专业最重要的赛事，学生参与此项赛事的兴趣很高。大赛不仅要求学生具备扎实的理论基础，同时也锻炼了学生的实践操作能力。在作品的设计过程中，学生需要查阅资料、阅读图纸、三维建模、工艺设计、数值模拟、解决铸造缺陷等。通过参加铸造工艺大赛既促进了学生对实践内容的掌握，又提高了学生的学习兴趣。
同时，在教学过程中可以将往届大赛中的题目作为教学内容，让学生设计几种工艺方案，参与课堂讨论，启迪学生的思维，培养学生的工程实践能力。
⑦学生参与科研项目，培养创新能力。卓越工程师教育培养计划要求在培养学生工程实践的过程中做到课堂上的教学理论与课堂外的生产实践相结合，而工程实践问题也最好与教师的生产、科研项目相结合[6]。结合本课程的学习，鼓励学生参与教师的科研项目。学生在参与科研项目的过程中，需要查阅相关文献，了解了课题的研究现状及进展，培养了学生基本的学术素养和能力。通过参与科研项目的活动，学生不仅需要动手、更需要动脑，科研实践中遇到的各种问题，极大地促进了学生学习该课程的兴趣，同时也锻炼了学生的工程能力，培养了学生的创新能力。
3.课程考核方式改革。传统的考核方式是通过闭卷考试考查学生对理论知识的掌握程度，缺乏对实践的考核。结合卓越工程师的培养特点，采用多模块的考核方式。考核分为期末考试、课内实验考核、科技活动考核等几个模块。其中参加科技竞赛、参加科研项目等属于科技活动模块，均可以算定一定的分数。期末考试的卷面成绩占总成绩的60%，考核内容以应用型内容为主；增加实践考核的比重，课内实验占总成绩的20%；科技活动占总成绩的20%。
四、结语
“铸造工艺”是材料成型及控制工程（铸造方向）培养卓越工程师的一门非常重要的专业课，通过对该课程教学内容、教学方法、考核方式等环节的改革，提高学生的工程能力和创新能力，为卓越工程师的培养奠定了基础。
参考文献：
[1]宋佩维.卓越工程师创新能力培养的思路与途径[J].中国电力教育，2011，（7）：25-29.
[2]中华人民共和国教育部.卓越工程师教育培养计划[Z].2010.
[3]毛艳华.卓越工程师计划背景下的《市场调研与预测》课程改革[J].宁波工程学院学报，2011，3（3）：85-88.
[4]荣守范，郭继伟，李俊刚，等.铸造工艺课程教学体系改革的研究与实践[J].铸造设备研究，2005，（4）：40-41.
[5]李延斌，高有华，田方，等.面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革[J].实验技术与管理，2012，29（4）：231-233.
关键词：铸造 技术管理 质量管理
1 概述
铸造是将熔融状态下的金属浇注到特定形状的模具中而形成预期形状金属材料的一种工艺，是人类较早掌握的一种金属热加工工艺，据今已有6000年的历史。铸造在工业发展中起到举足轻重的作用，对人类文明的发展起到巨大推动作用。随着现代社会的快速发展，对铸件的质量要求也越来越高，如何保证铸件的质量，如何对铸件进行有效的质量管控，即是本文所讨论的内容。
质量管理是制造企业在市场竞争中的决定性因素[1]，铸造企业也不例外，只有拥有良好的质量保证才能使企业在竞争中立于不败之地。全面的质量管理是把质量问题作为一个系统工程分析，强调质量职能由全体员工承担，质量管理应贯穿于设计制造的全程，而质量控制是质量管理的重要环节之一[2]。铸造车间作为铸件生产的主体，其中的人员配备、设备性能、工艺流程、管理体系等都会对铸件的质量产生一定的影响。为有效地对铸件的质量进行管理，提高产品合格率，生产出高质量的铸件，本文从以下几个方面进行了讨论。
2 人员管理
铸造车间的员工是铸件生产的执行者，员工的素质直接关系到生产铸件的质量。
从员工着手，首先在招聘员工时，应选择铸造专业的相关高素质人才，其对铸造工艺流程和成型机理都有一定的了解，能够快速的掌握自己的工作内容。其次，对工作人员定时进行系统培训，要结合新技术的发展和企业发展的战略与目标为企业人才提供学习和培训的条件与机会，使他们自身的知识和技能不断提高，同时为他们提供施展才能的舞台[3]，使员工对自己的工作内容有更加深刻的认识，不断的提高业务水平和工作能力，时刻掌握目前比较先进的铸造工艺，不断的完善自己的工艺设计水平，提高产品质量。第三，培养员工严谨认真的工作态度，使员工认识到铸件质量就是企业的生命线，使其能够严格的按照安全生产准则，认真负责的完成好每一项工作。第四，合理有效的激励机制，能够激发员工的工作积极性，自觉提高自己的工作能力和责任感，生产出高质量的铸件。第五，培养员工的团队精神，能够真正发挥出一个团队的协作精神，从而提高团队的工作质量和效率。第六，一个企业的发展就需要不断的创新，而创新是由人发起的，培养员工的创新精神。鼓励创新，才能使企业可持续的发展下去。第七，人的生命是最可贵的，车间应将员工的安全放到第一位，制定各项安全措施，定时进行安全教育和检查。
3 生产技术的管理及创新
3.1 工艺流程管理 铸造车间的生产技术管理主要是对工艺内容的管理。生产出合格铸件的关键是有一整套系统科学的工艺内容，其是工人师傅在整个生产过程中应严格遵守的工作流程。一个合格的工艺必是经过反复的实验和不断的探索而得出的。因此一个完善的科学的工艺技术流程是生产高质量合格铸件的关键。工艺流程是由工艺人员制定的，由工人师傅进行实施的，工艺人员在进行工艺制定时必须严格遵守工艺制定准则，由上级工艺人员进行细致校对后，才能下发到工人手中执行的。工艺设计要全面进行CAD化，其将工艺设计和计算机先进软硬件技术结合起来，能够辅助工艺人员进行数字化工艺设计，减少了工作量，增加了科学性和标准化，保证铸件质量的稳定性[4]。每一个工艺都会有许多节点，每一个节点都是生产合格制件的关键，因此在每一个节点实施完毕后都应有相应的人员进行检查，确保本节点顺利完成，能够进行下一节点，这样如果出现问题能够及时的发现，并提出解决对策。经由每一个节点的质量检测，才确保最终铸件的高质量。任何技术都不是一成不变的，随着科技的快速发展，对铸件的要求也就越来越高，那么工艺流程也需要不断的改进，来应对铸件质量不断提高的需求。这就需要我们的工艺人员不断地了解当今世界最先进的铸造技术，经过反复的实验和不断地创新工艺流程和工艺手段来提高铸件的质量。
3.2 模拟技术的应用 随着计算软件的不断发展，铸件的成型过程能够经过计算机软件真实的模拟出来，使生产的整个过程都清晰地呈现在计算机屏幕中，其模拟结果可以有效地指导现实的生产。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究[5]。通过模拟分析我们能够提前预判出生产过程中可能存在的各种缺陷，技术人员通过分析结果对现有的工艺内容进行改进，然后重新进行模拟分析，直至整个分析过程都符合标准后，方能进行实际生产。成熟的仿真模拟技术的广泛应用能够在很大程度上避免不合格铸件的产生，尤其针对是批量化生产或是大型铸件。模拟技术的应用能够提高生产效率，提高产品合格率，对现代铸造的发展有非常积极的意义。
3.3 先进的设备 随着现代工业的发展，铸造企业正在摆脱“脏、乱、差”的工作环境和人员密集型企业的模式，向着环境舒适和流水化作业模式发展。先进的铸造生产线，在保证生产率的同时，大大提高了铸件的稳定性和质量。因此先进的铸造设备为高质量铸件的生产奠定了基础。
4 质量控制
4.1 原材料管理 铸造就是将金属在熔融状态下变形的一个过程，因此铸造就需要大量的金属原材料，那么高质量的原材料，科学有效的原材料管理模式，对铸件的质量会产生积极的影响。高质量的铸件的生产需要高标准的原材料。对于铸件而言，原材料是否含有杂质，含有多少杂质，对铸件的质量都会产生影响。只有合格的原材料才能生产出符合工艺要求，各项指标达到合格要求的高质量铸件。因此在采购时必须对原材料的质量进行严格的管控。采购时需供货厂家提供详细的质量报告，进厂后对每一批次的原材料进行复检，保证原材料达到生产所需的各项标准。原材料进场后要进行科学有序的管理，设定专门的原材料仓库，由专人进行管理。原材料仓库要良好的环境，防止二次污染。每一批次的原材料的进出都必须有详细的记录，而且与生产任务一一对应，以便以后对原材料的检查。
铸造生产总会产生一定的废料，这些废料可以重熔后进行再生产。每一批次的生产废料要进行统一的回收，存放在固定地点，且进行成分分析后，进行详细的登记。如符合下一批次的成分要求，这些废料仍然可以当作原材料进行生产，在保证质量的同时，也符合当下节能减排、可持续发展的国家方针。
4.2 质量监测管理 质量监测是生产合格制件的保障，拥有一个严格的质量监测体系，才能有效的控制铸件在整个生产过程中的质量状态，保证最终合格的制件交付到客户手中，得到客户的信任。
质量监测应贯穿在铸件设计到交付使用的整个过程中，由专门的质量监测人员进行管理。质量监测应从源头开始，原材料的采购需要进行成分检测确保质量合格，工艺设计需要组织专家评审，并进行严格的校对，且通过严格的仿真模拟，保证其科学合理性。在生产中的每一道工序，都应有专人进行质量监测，并填写详细的质量跟踪表，确保整个生产过程的正确有序。铸件生产完毕后，需经过严格的系统的质量检测，通过专门的检测设备，将那些不合格的制件严格按照废料处理，防止流入客户手中，铸件检测完毕后，需由质检部门负责人签发合格证，保证整批铸件的质量。发给客户使用后，进行质量回访，对客户提出的质量问题进行及时的研究，改进改善工艺内容，提高铸件质量。质量监测体系就像一道道关口。任何一道关口出现问题，可能都会产生严重的质量问题，影响生产进程，造成经济损失。因此在每一道工序上，都需要我们的质检人员严格遵守工作准则，为我们高质量的铸件把好每一道关口。
5 结论
铸造车间的质量管理涉及到多方面的因素。高素质的认真负责的员工团队是质量管理的核心，科学有效的人事管理制度能够提高员工的工作能力，培养认真负责的工作态度，增强团队凝聚力，掌握先进的铸造技术，不断提高铸件的质量；先进的生产技术是生产高质量铸件的关键，拥有先进设备的同时，拥有先进的工艺设计技术水平，才能生产出高质量的铸件；行之有效的质量管理体系是铸件质量的保障，原材料的有效管控，各个生产环节的质量监测，以及最后制件的合格检测都是在为最终的高质量铸件努力。只有在科学合理的各种质量管控准则的串连下才能使人和技术很好地结合在一起，共同保障合格制件的生产。
参考文献：
[1]何桢，路璐.制造企业质量管理要素及竞争力分析[J].天津大学学报（社会科学版），2008，10（1）.
[2]陈琦，彭兆弟.我国铸造质量控制的回顾与展望[J].铸造质量控制专辑，2007，1.
[3]王树恩，李晓霞.高新技术企业人才管理探新[J].科学管理研究，2006，24（2）.
[4]廖郭明，陈立虎，周建新，朱炳文.铸造工艺CAD二次开发技术应用[J].铸造，2010，59（12）.
[5]柳百成.铸造技术与计算机模拟发展趋势[J].铸造技术，2005，
[关键词]沙范法；失蜡法；铜佛像制作；藏族工艺
[中图分类号]J526.1
[文献标识码]A
[文章编号]1002—557（x）（2012）03—0175—11
藏传佛教铜佛造像艺术的成就，与铜佛像制作工匠对铜合金性能和锻铸工艺的熟练掌握，以及对佛教图像和度量比例的严格遵守是分不开的。藏族传统铜佛像制作工艺的研究，因为缺乏历史文献的记录，更需要通过对传统作坊的实地考察和实物观察，从技术工艺特点分析的角度来展现其本来的面貌。对地区传统铜佛像的制作，尤其是铜佛像的铸造工艺，以往多认为是以传统失蜡铸造法为主，即现代所说的熔模铸造工艺，因通常认为失蜡法在制作复杂立体铜像方面具有明显的优势。然而，经过笔者对、云南和四川藏区的实地考察，发现地区的藏族传统铜像作坊中采用沙范（砂型）铸造法更为普遍，而传统失蜡铸造法仅在云南德钦见到一例，这一现象引起了笔者的关注。通过参考国内外相关研究，从铜佛像制作工艺的特征入手，在此对沙范法和失蜡法两种传统铸造工艺在地区的存在提供一些粗浅的论述，目的是将思考的问题能够呈现出来，希望对促进藏族传统金属工艺的深入研究有所助益。
一、藏族传统沙范铸造法与失蜡铸造法
1、沙范法铸造工艺
目前所知，藏族工匠铸造铜佛像主要所采用的仍是传统砂型铸造法，也称作沙模法或沙范法。扎雅活佛在《宗教艺术》一书中，指出藏区工艺师广泛使用的铸造方法是模具法（沙范法），并对这一铸造工艺流程进行了详细的介绍。藏族艺人扎西威色，为了传承本民族传统手工技艺，曾对藏族金属工艺各个制作工序进行了较全面地介绍，但在其介绍中只提及沙模法铸造铜像的工艺，并未介绍失蜡铸造法。扎呷在《传统民族手工艺研究》一书中，较系统地论述了民族手工艺的发展历程、行业组织、手工艺者的社会地位，同时对各个传统工艺门类的历史变迁和制作工艺进行了专门的介绍。在该书“五金工艺”一章，对锻铸工具种类和制作工序都进行了说明，虽述及翻砂铸造，但也未曾提到失蜡法铸造工艺。学者Erberto Lo Bue认为，在喜马拉雅和地区，传统上使用3种制作佛像的技术：锻打，使用锤击红铜或黄铜板的方法，这种方法从尼泊尔山谷到东部和东北部都在使用；沙范铸造法，在东部和东北部特别普遍，这种方法或许是来源于中国中原地区；还有失蜡铸造法，在南部、中部和西部特别普遍，艺术家从尼泊尔山谷纽瓦尔师傅那里学到这项技术，而纽瓦尔人是从印度笈多、帕拉时代的雕塑家那里继承而来。
笔者2005年在拉萨和昌都地区考察“昌都工匠群”铜像作坊时，实地记录了藏族工匠所采用的传统沙范铸造方法。以拉萨铜佛像制作艺人罗布占堆的演示，将沙范铸造法的工艺流程呈现出来，为后文的讨论提供必要的根据。罗布所演示的是制作一个高11厘米、宽8厘米、厚7.5厘米的菩萨头像，整个工艺流程可以划分为以下3个部分。
1）制作沙范
首先用胶泥塑成菩萨头像的模型。用于制作沙范的沙土取自拉萨附近的山上，沙土经过筛选。
沙范由上、下两部分组成。制作时，将沙土拢起，用手掌拍实，沙土形成一台基面。然后将佛头泥模置于沙土台基面上，用手下压使佛头固定于沙土。制作沙范的上、下两部分需用2个尺寸相当的椭圆形铁皮环，椭圆的长轴20厘米，短轴17厘米，铁环的宽度5厘米左右。用铁环将佛头泥模圈住，佛头居中，铁环与沙土台基面垂直（图1）。
向置于沙土台基上的铁环内撤入黑色草木灰，草木灰可以使制范时沙土台基和佛头模型、沙范易于分离。向铁环内撤入沙土，用木棍夯实，铁环内泥土紧密挤压形成一个整体。将刮刀自铁环下口沿与台基接缝处插入，使沙范的上部与台基面分离。用手将铁环连同夯实的泥土和佛头模型一同翻转过来。用刮刀剔除范内表面粘有草木灰的土层，将沙范内表面向上置于沙土台基之上。
在沙范内表面用刮刀分别剔出4个扁弧形凹槽。凹槽的作用是定位，使两块沙范在分开、合拢时不会产生错位。在佛头颈部下方的沙范内表面，用刮刀剔出一个半圆形凹槽，留作铜液的浇口（图2）。在铁环侧壁的对应浇口的位置有半圆型的孔隙，2个铁环合并后成一个圆孔。用细毛笔蘸水，滴入与模型接触的沙土层中。再用小锤轻敲佛头模型，并对沙范与模型接触部位进行修整。用双手食指和拇指从两侧托住佛头模型，垂直向上托起，模型与沙范分离。对内壁表面再进行修整，然后将佛头模型放回原位，此时半块沙范制作完成。
将另一相同尺寸的铁环置于已完成的半块沙范上，向铁环内撒入草木灰。向铁环内填入沙土并夯实。用双手将沙范整体托起，上下旋转360度，重新置于沙土台基之上。将沙范的两部分分开，内表面向上，并列放置于沙土台基上。上下翻转会使两块沙范接触内壁的沙土层出现粘连错位，翻转的目的是为了发现土层接触不良的地方并及时进行修补。用刮刀在两块沙范内表面的浇口位置，剔出半圆形凹槽，留作浇注铜液时的浇口，用毛笔蘸水滴入浇口处的土层中进行加固。对取出模型后的沙范型腔内壁进行修整。两块沙范都已制作完成（图3）。制成的沙范置于室外背光处自然干燥，大约需要3—5天。
摘要：金刚烧结陶瓷铸造砂是以优质焦宝石矿物为主要原料，经制粉、造粒、烧结、筛分、级配工艺获得的球形人造陶瓷砂。其含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数、耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损破碎、抗压、可再生性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。金刚烧结陶瓷铸造砂对各种砂型铸造工艺均具有良好的工艺适应性，用于铸铁、碳钢、合金钢等材质铸件的生产，无论是中小铸件还是大型铸件，均取得了令人满意的效果，表现出了良好的铸造工艺性能。
关键词：金刚烧结陶瓷铸造砂；性能；应用
砂型铸造是铸造生产的主要工艺方法，由砂型铸造工艺生产的铸件占到铸件总产量的80%以上[1]。砂子是砂型铸造中形成铸型和芯子的骨料，是重要的砂型铸造用原材料。石英砂价格便宜，资源丰富，是常用的砂型铸造用砂，占到铸造用砂量的90%以上,但是石英砂热膨胀性大，热化学稳定性差[2]，铸件易产生表面粗糙、粘砂、脉纹、桔皮等缺陷。因此，虽然铸造生产中石英砂是最常用的铸造用砂，但石英砂不是理想的砂型铸造用造型材料。锆砂耐火度高、粒形好、导热性好、热膨胀性小、化学稳定性好[3]，铸造工艺性能优于石英砂，但其比重大，价格高，且往往和放射性元素伴生，具有放射性风险。橄榄石砂、铬铁矿砂热膨胀性小，有较强的抗金属氧化物侵蚀的能力[3]，但粒形不好，易破碎，且橄榄石砂不能用于酸固化粘结剂工艺。在此背景下，金刚新材料股份有限公司研究开发了利用焦宝石矿物制备烧结陶瓷铸造砂技术，并和山东建筑大学联合对烧结陶瓷铸造砂在铸造生产中的应用进行了研究。
1金刚烧结陶瓷铸造砂
金刚烧结陶瓷铸造砂既不同于采用熔融造粒技术生产的人造砂，也不同于各种天然人造砂，而是以焦宝石矿物为原料，经过破碎、制粉、成分调配、造粒、烧结、分级和级配工艺获得的球形人造烧结陶瓷砂。
2金刚烧结陶瓷铸造砂在铸钢件生产中的应用
铸钢件浇注温度高，对砂子的耐火度和热化学稳定性提出了更高的要求。金刚烧结陶瓷铸造砂以覆膜砂工艺和自硬树脂砂工艺在铸钢件生产中得到了大量应用。
3金刚烧结陶瓷铸造砂在铸铁件生产中的应用
金刚烧结陶瓷铸造砂在铸铁件生产领域也获得了大量的应用，取得令人满意的效果。某企业用金刚烧结陶瓷铸造砂混制呋喃树脂自硬砂生产图4箱体类球铁铸件，并和原采用石英砂混制呋喃树脂自硬砂工艺生产相同铸件时的情况进行了比较，结果如表7。采用金刚烧结陶瓷铸造砂取代石英砂后，在生产条件和工艺条件不变的情况下，铸件的废品率明显降低。某企业用金刚烧结陶瓷铸造砂呋喃树脂自硬砂工艺生产大型铸铁件，在工作温度16℃，相对湿度40%，AFS细度为26.34的再生砂，在不同粘结剂加入量时的型砂性能。
4金刚烧结陶瓷铸造砂在3D打印中的应用
金刚烧结陶瓷铸造砂不仅在覆膜砂、自硬砂工件，取得了令人满意的效果。
5结论
（1)金刚烧结陶瓷铸造砂含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数和耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损冲击和抗压性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。
（2)金刚烧结陶瓷铸造砂用于碳钢、合金钢及铸铁件生产，表现出了良好的铸造工艺性能。
（3）金刚烧结陶瓷铸造砂对各种砂型铸造工艺均表现出了良好的铸造工艺适应性。
参考文献:
[1]周静一.从2010中国国际铸造博览会看我国造型材料的发展[J].铸造，2010，59(7)：766-767.
[2]张勋芳.新型铸造砂的制备及性能研究[D].沈阳：东北大学，2006.
[3]李远才.铸造造型材料实用手册[M].北京：机械工业出版社，2009.[4]李远才.覆膜砂及制型(芯)技术[M].北京：机械工业出版社，2008
在以上列举的青铜器里,不管是在造型艺术、铸造工艺、表面装饰技术,还是鉴赏与实用、史料价值等方面,都应该首推南京博物院院藏青铜器 陈璋壶。陈璋壶,1982年2月在盱眙县南窖庄出土,制作精良、构思巧妙,纹饰新颖独特,造型玲珑剔透,华美精巧。陈璋壶的铸造工艺,将我国古代青铜器的冶铸技术推向了第二个高峰,是综合研究春秋战国青铜铸造的典型器。
一、陈璋壶
1. 形制
铜壶通高24cm,口径12.8cm,腹径22.2cm,圈足径13.8cm,重量为5590g。全器造型由7个部分、19个构件组成。(图一、二)
侈口、束颈、弧肩、平底颈部较肩部高出一层,形成一周凸面。外露的颈部饰错金银云纹图案(图三、四),镂空网络罩的肩部饰错银斜方格云纹图案。
2. 铜龙网络
分肩、腹两组,由卷曲起伏的长龙和梅花钉交错、叠压形成镂空纹饰。
肩部的网络由48条龙组成,龙身上下起伏卷曲,每条龙上下起伏卷曲三次。相邻的两龙头尾相对,形成一组,相间的两龙卷曲相接。龙与龙之间皆以梅花钉缀连,每条长龙缀连6枚梅花钉。肩部网络的梅花钉为48竖行,24组,每组6枚,共144枚。
腹部的网络是每条龙上下起伏卷曲9次。两龙在卷曲处相接,亦以梅花钉缀连,每条龙两侧缀连18枚梅花钉。腹部网络梅花钉是48竖行,24组,每行9枚(下部锈蚀脱落4、5枚),每组18枚,共432枚。整个网络由96条长龙、576枚梅花钉组成。(图五、六)
3. 箍带
肩腹之间有一圈衔接肩腹两组网络的箍带,由4根环接连而成,上饰错金云纹饰。(图七、八)
4. 立兽
连接箍带的立兽形竖环耳4个,作奔虎形,虎头向下,张口弓背,四肢鳞爪状,通体错金银重环饰纹。(图九、十)
5. 铺首
每条箍带中间有一兽面,共4个。宽额、竖耳、弯眉、杏眼、勾鼻、兽面额上镶嵌绿松石(皆已脱落),两侧细刻卷曲双龙。龙头为角,龙尾为须。(图十一)
6. 衔环
每1铺首与龙鼻套接,共4个。饰有细如发丝的错金云纹饰。(图十一、十二)
7. 圈足
座缘与铜龙网络相连,底部饰镂空花纹,外缘饰错金斜方格云纹。
8. 铭文
壶口内沿刻篆1行11字,容积的计量单位。铜壶实测容量为3000ml。(图十三)
铜壶圈足外缘镌刻29字,这与美国费城宾夕法尼亚大学博物馆收藏的陈璋壶的铭文几乎全同。铭文说明,铜壶是燕国铜器,后为齐国将领陈璋所获。(图十四)
二、陈璋壶的冶铸技术
春秋战国出现新的冶铸技术,主要有以下几点:
器物的造型艺术,一改商周青铜器以鼎、簋、鬲、爵、角等礼器为主的造型,将实用与欣赏、造型与审美有机结合,纹饰以动物造形为主题;
在铸造技术上出现了镂空青铜器;
在表面装饰出现了错金银等;
改变了铜器铭文在商周时期以铸造成形使用了篆刻的新方法;
普遍运用铸接、焊接等综合装配工艺的特种技术;
多种合金在一件器物上运用。
以上列举的六点,在陈璋壶上表现得淋漓尽致。
1. 造型艺术
铜壶系由 19个构件组成,即壶身、圈足、镂空网络、4个箍带、4个衔环、4个铺首、4只立兽。箍带、衔环、铺首、立兽的16个附件分别摆置在肩腹之间的同一条圆圈上。布局相当对称,显得均衡协调,稳重自然,丝毫没有呆板之感。铜龙网络的构思,外层是取之自然界中的植物
梅花,里层由神话中的动物龙巧妙构成(即龙穿梅花)。这种源于生活却高于生活的手法,含义深刻,耐人寻味。错金银的纹饰,长龙、兽面、立兽和梅花都是静物,然而古人造就静中有动、动中有静的表现手法。壶身的纹饰设计向上或向下浮动的斜方格纹,梅花为带,花蕊5瓣花,花朵与花朵层叠相错;长龙穿于鲜花丛中起伏,兽面铺首中的双龙两头向上做游动,倒立的兽向下跳跃,一上一下,错落有致的艺术造型,给铜壶增添了强烈的美感。铜壶不仅有错金银平面装饰,且配有长龙、梅花、兽面、立兽等套饰, 同时在错金银暖色的基础上,用翠绿的绿松石镶嵌,暖色、冷色交相辉映形成了明显对比,给人以强烈的视觉效果。
该铜壶实测容量为3000ml,与壶口内沿刻篆1行11字所描述的容积相吻合,可谓中国古代器皿中把实用与欣赏、造型与审美有机结合的典型例证。
2. 铜龙网络的镂空技术
春秋战国时期出现了镂空的青铜器,著名的有曾侯乙盘尊。它的镂空是由19种变体蟠螭纹组成12种花纹单元,再按一定排列方式和层次汇合而成的一个主体花环,每个花纹彼此脱空,互不连接,全靠其下的铜梗支撑而保持其独立性,形成镂空。
陈璋壶上龙与龙之间皆以梅花钉缀连,肩部每条长龙缀连6枚梅花钉,腹部每条龙两侧缀连18枚梅花钉,分外(梅花)、中(长龙起处)、内(长龙伏处)3个层次,形成镂空。显然,陈璋壶的镂空程度比曾侯乙尊盘要复杂。
3. 表面装饰技术错金银
战国时期的错金银铜器是铜器中的珍品,如河南洛阳文物工作队藏错金银卷云四瓣纹鼎、山西省博物馆藏错金蟠兽纹盖豆、南京博物院藏错金云纹牺尊②。但在镂空青铜器上错金银纹饰,陈璋壶是唯一的一件。陈璋壶的壶颈、壶身、4个立兽、4个衔环、4条箍带都镶嵌了金银,可谓是珍品的瑰宝。
4. 刻纹青铜器
最早的刻纹青铜器应该是四川成都金沙遗址出土的青铜有领壁,然后是江苏六合程桥春秋晚期墓出土的铜盘残片。显然,细如毫发、技法纯熟的刻纹技术的青铜器,在收藏品中可谓凤毛麟角。但在陈璋壶上,古人就直接刻了30个铭文,以此阐明陈璋壶的用途与意义。
5. 铸接、焊接等
春秋战国时期,在青铜器冶铸技术的制造中,机械装配工艺开始被运用,并逐渐成熟。如曾侯乙盘尊,“尊由尊体以及尊颈、尊腹、圈足各部分的附件组成。尊腹事先铸出4处共八个接榫,上焊八件分铸的龙身,组成双身四条龙,龙首焊接在尊颈豹形兽的尾部。至此,由34部件通过6处铸焊连接成一体的铜尊,完成了它的制作全过程。”③
陈璋壶的造型由7部分、19个构件组成,其组合的过程,通过表面初步观察,推测如下:先分别铸出壶肩和腹的铜龙网络、4个衔环、4个铺首、4根箍带和4个立兽等。在肩、腹铜龙网络的衔接处设计并分别铸出4处共8个接榫,由4个铺首通过箍带铸焊连接成一体。它绝妙的精心设计在于肩、腹铜龙网络的衔接处的衔接缝,用4根箍带遮挡,使人感觉壶的肩与腹为一体。此外,陈璋壶的壶颈与肩铜龙网络的连接处,在外观察有一道分界线(图十五、十六),在内用手摸,壶颈与肩铜龙网络有一个台阶,据此推测,可能是壶颈与肩铜龙网络连接时采取的榫接或套接的机械装配工艺。当然,要证明这一推测要做很多的科学检测,尤其是用工业CT检测和X光透视。
5. 多种合金的运用
在春秋战国时期,青铜器的成形与装配工艺运用了多种合金。如山西省博物馆藏错金蟠兽纹盖豆,使用了金、青铜两种金属;河南洛阳文物工作队藏错金银卷云四瓣纹鼎,使用了金、银和青铜三种金属;曾侯乙墓里出土建鼓等铜器,为了装配使用了锡铅合金的焊料;陈璋壶,使用了金、银、青铜、铺首与铜龙网络铸接时的低熔点合金(锡铅合金),此外,陈璋壶的兽面铺首氧化层的颜色与壶的其他构件不同,呈灰黑色,并且铺首的龙头有韧性。铺首的合金与壶本体的合金有很大的差异,据此现象推测,铺首的合金可能是锡铅合金铸造。当然,要证明这一推测只要做金相、能谱仪或CT等科学检测即可。
从以上列举的春秋战国时期在冶铸方面的新技术,陈璋壶基本涵盖了,而且,陈璋壶在成形与表面装饰方面,造型设计生动、活泼,铸造复杂程度高,装饰工艺精细、优美,静动结合,将古代人在器物设计时的完美与人性化、实用与欣赏、造型与审美有机结合。不容置疑,剖析陈璋壶的制作工艺,就能基本看出古代春秋战国时期的冶铸技术。
三、陈璋壶的镂空技术
最近一年来,从事古代青铜器铸造工艺的研究人员对古代先秦时代是否有失蜡法铸造,镂空青铜器的制作采用何种方法展开了热烈的讨论,这对研究古代科技,探明中国古代的发明创造,有着极其重要的作用。笔者从事文物保护与修复工作34年,对古代的冶铸技术没有专门的研究,对现代铸造技术也缺乏经验,但对古代青铜器上留下的冶铸技术信息,一直在思考。现根据陈璋壶上所反映的镂空铸造信息及相关的资料,提几个关于镂空铜器的技术问题,供展开讨论的研究人员参考。
陈璋壶的铜龙网络分外(梅花)、中(长龙起处)、内(长龙伏处)3个层次,与河南淅川的春秋晚期楚国双层镂空云纹禁、湖北随县战国早期曾国的镂空曾侯乙尊盘,应同属一种铸造工艺。镂空或称透空铜器的铸造技术,在已发表的研究青铜器工艺的文章中,基本上有四种观点:
(1) 熔模铸造法④(失蜡法);
(2) 失J法⑤;
(3) 范铸技术+焊接⑥;
(4) 泥质合范⑦。
首先将以上四种观点,从工艺成形的原理归纳为两类:失蜡法和失J法的成形工艺中的模为可熔性,所不同的是使用的熔模材料不同,一是蜡,一是J,故将这两种观点归为一类;第二类成形工艺中的模都是泥,不可熔性,故将3、4观点归为一类。
其次,我们暂不从春秋战国是否有失蜡法等方面去讨论,而是从现在复制的实际出发来思考,如用失蜡、失J法或用失蜡、失J法与范铸法相结合的工艺复制陈璋壶,从铸造技术的理论和操作的工艺角度分析,也许可以达到我们设计或者克隆出与原物基本相同的复制品;如用范铸技术或泥质合范法复制陈璋壶可能存在一些问题,现将这些问题提出,尚祈专家不吝赐教。
1. 范铸技术+焊接
“尊侯乙尊盘的尊口及盘口,是由大大小小数千个分别铸造的小纹饰焊接成一组组的组件装配而成”⑧。据此方法制作陈璋壶,也就是将576朵梅花焊接在96条交叉的长龙上,形成镂空。那么,梅花与长龙之间焊口的设计是对接,还是搭接、丁字接(正交接)或角接?用 熔焊、压焊还是钎焊?
如用熔焊类法,那么怎样防止大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,使焊缝在冷却过程中不形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷?
如用熔焊法,在焊第二朵梅花时如何保护距离只有1公分的第一朵梅花不被熔化?
焊缝与本体的再做色时,如用同样的化学试剂、同样的温度与时间,焊缝处与陈璋壶本体的腐蚀产物,颜色会一致吗?
2. 泥质合范法:
① 把镂空纹饰制成一块不镂空的泥质纹饰板,用它制作外范,它可作铸造时的内范使用;② 在内范上削去铜器实际需要的厚度;③ 挖去内范上所有的纹饰,注意没有纹饰的地方不能挖,因为这些纹饰的地方是和外范紧密的拼合,铸造后才能形成镂空;④ 根据镂空纹饰的设计需要,用工具挖通上下之间的小孔,孔的深度将是铸造后纹饰上下镂空的程度。”⑨据该文章文字介绍和图片展示, 泥质合范法制作的镂空形状都是很有规律的半圆形叠压镂空,那么,怎样保证陈璋壶肩部的铜龙网络每条龙上下起伏卷曲三次,腹部铜龙网络每条龙上下起伏卷曲9次,这种上下不规则起伏的造型呢?铜龙网络中每条龙的脊背上都有一条刻纹(图五、六、十五、十六),是如何形成的呢?
南京博物院院藏陈璋壶,在时代上比河南淅川的春秋晚期楚国双层镂空云纹禁、湖北随县战国早期曾国的镂空曾侯乙尊盘晚,采用的制作种类和工艺精度也就要比云纹禁、曾侯乙尊盘齐全和复杂,堪称汇集我国春秋战国时期新的冶铸技术的典型器。
然而,陈璋壶究竟用何种冶铸技术成形,需要对其进行科学的分析和检测,并进行模拟试验。笔者深信,在今天百家争鸣的学术领域里,利用21世纪最先进的分析仪器,模拟古人冶铸时的思维、材料与工艺,从理论与实践上论证与挖掘,重现以陈璋壶等为代表的我国春秋战国时期出现的镂空青铜器的冶铸技术是能办到的。
注释:
① 华觉明.中国古代金属技术铜和铁造就的文明[M].郑州:大象出版社,1999:164,166.
② 国家文物局主编.中国文物精华大辞典[M].青铜卷.上海:上海辞书出版社,1995,231,234,238.
③ 华觉明.中国古代金属技术铜和铁造就的文明[M].郑州:大象出版社,1999:164,166.
④ 华觉民等.曾侯乙尊、盘和失蜡法的起源[J].自然科学史研究,1983,4.
⑤ 张光远.中国最早“失J法”春秋中期“蛇网盖冠龙虎方壶”的铸法论证[J].东南文化,2002,1.
⑥ 周卫荣,董亚巍,万全文,王昌遂.中国青铜时代不存在失蜡法铸造工艺,江汉考古,2006,2.
⑦ 王金潮.谈曾侯乙尊盘的铸造工艺[J],东南文化,2002,1.
关键词:科技进步;工艺美术;关系
中图分类号:J18 文献标识码:A 文章编号:1005-5312(2010)18-0032-01
论及工艺美术,充斥我们头脑的往往是作品艺术形式的何等优美、装饰纹样的何等精妙……或许这也无可厚非,因为从广义来讲,本都是在论“艺术”;然而,从另一视角来看,情况或不甚相同。
“工艺美术”既是讲“艺”,但更重要的还须重“工”,何为“工”?古籍中有工巧、精致、擅长之意,如《说文》:“工,巧也,匠也,善其事也。凡执艺事成器物以利用皆谓之工。”可见,我们平时所讲的“工艺”,其实与某个时代相应的技艺和科技发展水平是紧密联系的――科学技术的不断发展促使着新的艺术形式的出现,而优美的艺术形式所标示的科技含量和对美的感知又不断激励着技术水平的再提高。如此来讲,品味科技进步与中国古代工艺美术发展的关系,在工艺美术研究中就显得尤为重要了。
一、从“镶嵌”工艺的产生看商周漆器装饰风格的发展
(一)关于“镶嵌”工艺的内涵与历史
“镶嵌”作为一种装饰艺术,出现在商代和西周时期的漆器上,镶嵌的物质主要有绿松石、玉、石、蚌壳等,商代遗址中发现了饕餮纹的眼睛其眼角镶有磨制成圆、方、三角形的绿松石做装饰,西周时,漆器上做镶嵌更普遍成熟,螺钿和蚌泡镶嵌技法流行。
“螺钿”是一种镶嵌工艺,即将贝壳磨制成人物、花鸟、几何图形等薄片镶嵌在器物上做装饰。此种工艺不断被延续下去,在商代后期至春秋早期漆器工艺中已占据主导地位,隋唐时期美不胜收的螺钿漆器显然是商周镶嵌蚌饰的复兴。
(二)对“镶嵌”工艺的产生造成漆器装饰变化的解读
为什么会在大约公元前1600年――770年间,在被我们理所当然地称为“先民的造物实践”中能产生如此令人叹为观止的装饰艺术呢?
以上所述“磨制成的圆、方、三角形的绿松石”、“磨制成的人物、花鸟、几何图形的薄片”,毫无疑问是科技层面上“磨制技术”的应用――先民在一次次的劳动实践中,总结了各种关于美的形式的观照经验,从无数次的体验中萌生了最初的审美意识,而在这一基础上,在“眼”与“手”的相互作用下,产生了被认为拥有美的形式的“磨制器物”后总结出的这一重要的技术。恰恰是在这一技术的作用下,有了镶嵌绿松石和螺钿的美。
上文所论“饕餮纹的眼睛、眼角镶有绿松石作装饰”,不容置疑的是工艺美术发展侧重的审美形式和审美情趣――我们的祖先在漫长的打、磨制石器的过程中提高了技艺使制造出的材料由粗糙到精细,器形由简单到复杂,或许正是这一变化孕育着古人审美情趣的雏形。
(三)得出的结论
通过以上阐述,我们足以看到科技进步与古代工艺美术之间的关系:磨制方法关乎科技,材料,纹饰关乎工艺美术,它们是作为物质形态的两个不同属性共存与一个物体上,只是人类关注的视角,研究的侧重相异,由此,不难得出科技进步与古代工艺美术发展的同步性、依赖性和互补性。
基于此,论及漆器,我们怎能只大谈特谈其形制是如何精致、纹饰是如何优美而置使它出现如此繁缛华丽艺术形式的科技于不顾呢?
二、从“冶铸”技术的发展看商周青铜器造型的变化
中国青铜器的数量、造型之巨,制作之精,使这一工艺品类在世界上享有崇高的声誉,可以说青铜工艺是中国工艺美术中的一朵奇葩,言至此,我们就不得不谈谈冶铸技术的发展了。
(一)对于“冶铸技术”的定义
“冶铸技术”即制铜技艺,这种技艺的产生一般可追溯至新时期时代晚期,当时的人类已使用红铜,红铜是未添加任何金属成分的铜,由于达一定的温度才使其熔化,使红铜的使用在那个时代受一定的限制,因此,先民们进一步探索,最终发明了冶炼青铜的技术。青铜是铜与锡的合金,它较红铜熔点低、硬度大,化学性能稳定,使其一跃成为冶铸技术的最终承载体。
(二)例证“冶炼”技术的产生与器物造型变化的关系
以司母戊鼎为例我们来探讨在冶铸技术指导下器物的艺术性是如何被淋漓尽致体现出来的。
出土于河南安阳的司母戊大方鼎可看作是科技与艺术完美结合的产物之一。该鼎重875公斤,高133厘米,长110厘米,宽78厘米,是我国迄今为止出土的最大青铜器。从装饰纹样看,鼎的两侧饰有兽面纹和夔形纹,中间无纹饰,这样从视觉上产生了疏密对比的艺术效果;从造型来看,四足呈柱状,鼎两端口沿铸有立耳。值得注意的是此鼎在铸造技术上采用了分体铸造法,即将鼎的耳、足等构件分别铸成部件,固定位置后再铸身。由于造型复杂,每个部件约需模2~8块,如此算来,单是其冶炼铜液的坩埚就要七八十只,参加铸造的人员亦不少于二百人……
如此来看,若没有当时娴熟的冶炼技术和匠人的工艺技巧,怎会有今日这尊令世人瞩目的大鼎?当我们被这一器形的艺术性特质所征服的那一刻,怎能不被隐在其后的已为我们祖先熟练掌握的冶铸技术所折服?
由此,我们同样可得到科技进步与古代工艺美术之间的关系:冶炼技术强调科技,完美形制器物的诞生关乎工艺美术,它们是作为构成被整体鉴赏的青铜器物的不同侧面而相互作用且共生共荣的。理顺了这层关系,我们便无需再多从理论层面强调科技进步与工艺美术发展的关系了。
然而,正如哲学上所讲“一切事物都是对立统一的矛盾体”一样,我们同样需从辨证的角度来分析:尽管从整体来看,科技的进步带给我们的“利的成果”大于“弊的因素”,但它同样给工艺美术的发展沁入了阻碍性的诱因,比如青铜器,这种发展到后期因技术过度应用而造成器形盲目庞大、铸造过程过分费人劳财之后,终被轻便美观的漆器所代替……只不过,在技术进步和古代工艺美术发展这对矛盾关系的组成要素中,所谓“弊的因素”不是矛盾的主要方面,在其发展历程中不起主导作用罢了。
以上尽管只从代表中国传统艺术的漆器装饰和青铜器形制两方面阐述了科技进步与中国古代工艺美术发展的关系,但举一反三,我们也不难总结出科技进步与中国古代工艺美术发展之间的既对立又统一关系,体悟到二者作为工艺美术外在器物的不同属性所具有的同步发展性、互补性、相互借鉴性和对立统一性。
参考文献:
[1]杭间.设计史研究――设计与中国设计史研究年会专辑[M].上海:上海书画出版社,2007.
[2]史仲文.中国艺术史(工艺美术卷)[M].石家庄:河北人民出版社,1996.
[3]李心峰.中华艺术通史(夏商周卷)[M]北京:北京师范大学出版社,2007.
从铸造工艺的角度
先秦时期的钱币，同一品种中很难找到两枚文字完全一样的。究其原因，主要是当时并无母范子范的概念和工艺，钱范都是手工制作，工序是先行制范，然后由匠人在陶范或石范上用刀削刻划出文字以及范线，每一枚钱币的文字都是随范就刻而成，由此产生了形态各异、精彩纷呈的不同版别。从明刀半成品陶范的拓片（图1）上看，此范只有中间一枚刻划完成，其余4枚则只刻划出轮廓，即使全部完成也会产生差异。再看蔺字圆足布的石范拓片（图2），匠人在石料上刻划钱币文字及范线，与在陶范上刻字是一个道理，每一组石范的文字也是有差异的，用不同的石范生产出的钱币，文字肯定也有区别。只是石范可以重复利用，较之先前大多数只能一次性使用的陶范而言，效率可以大幅度提高。
总而言之，先秦货币由于陶范、石范工艺而产生了各式各样的版别，如不同版别的平阳方足布（图3）。当母子范工艺产生以后，生产效率得到进一步提高；母范之间的差异造成了子范之间的差异，而子范之间的差异又造成了钱币之间的差异。无论是“平板范竖式浇铸法”还是“叠铸法”，最根本的就是钱范的差异产生了版别的差异。
当母钱翻砂工艺取代范铸法而成为主流之后，同样由于母钱的差异而形成了版别，而母钱的差异是如何造成的呢？这就需要探究―下母钱的根源，据说唐代开元通宝的母钱是用“失蜡法”生产，而作为祖钱的“蜡样”，则需要匠人手工雕刻；明代的母钱据说有用木雕钱作为祖钱；清代则使用工艺更为精湛的铜“雕母”作为祖钱。由此可见，无论是“蜡样”还是“木雕”或是“雕母”，总是需要匠^手工刻制，这也就是在根源上形成版别的主要原因。但是，由于产量的需要，不可能所有的母钱都是“雕母”直接翻铸，比较精美一些的子钱在加工之后即可作为母钱使用，即泉界所谓的“二级母钱”。而为了把“子钱”加工成“母钱”，则需要对子钱的字口进行一定的处理，在这个二次加工的过程中，钱币文字存在着变形的可能性，这也是版别产生的原因之一。
在母钱翻砂法铸钱的历史中，北宋是一个非常特殊的时期。北宋的钱币，尤其自神宗熙宁、元丰开始，版别的变化极为复杂凌乱，文字多变，内外郭多变，文字与文字之间以及文字与内外郭之间的相对位置多变，为了表达这种差异，《北宋铜钱谱》中使用了“进、退、俯、仰、离、寄、缩、隐、大、小、阔、狭”等文字表述。如笔者收藏的不同版别的圣宋元宝，谱中定名为正字、大字、直宋小样、狭穿小字（图4）。理论上讲，北宋铜钱使用的是母钱翻砂工艺，有多少种版别就应该有多少种母钱，但事实并非如此，目前绝大多数版别根本找不到相对应的母钱。有这样一种说法，北宋时期是活字印刷术的成熟期，而活字印刷术被巧妙地运用于铸钱之中。活字印刷术的发明者毕N，生于宋太祖开宝三年（970年），卒于宋仁宗皇v三年（1051年），他初为书肆刻工，后在实践中，发明了胶泥活字印刷技术。但活字究竟是如何运用在铸钱上，还有待进一步研究。
事实上，唐代的开元通宝已经出现了复杂的版别。自唐高祖武德四年（621年）开铸到安史之乱发生（755年），是开元钱由精美走向粗糙的转折点。由于发行量大，铸期长，加上铸造地域广，因而形成了十分复杂的版别。但是开元版别因其钱文相似度极高而不易断代，有些泉友专门收藏研究开元通宝，根据不同的特点，区分出不同时期的类别，例如武德开元、贞观开元、武周开元、玄宗开元等。
从理论上讲，开元通宝的母钱在多次使用后，磨损到了一定程度就无法再继续当母钱使用，只好作为普通钱币进入流通领域。笔者曾在批量散钱中挑到过几枚开元通宝的母钱，其钱币地章很平滑，有明显的冷加工痕迹。唐代对于母钱的管理比较严格，从使用到作废都有一个严格的流程控制。所以，母钱要么由于磨损到不符合继续使用时直接回炉销熔，要么就是当作普通钱进人流通领域，因而流传至今的开元母钱并不多见，或者说由于流通造成的磨损，导致母钱已经很难分辨了。
从地域不同的角度
钱币的铸造地点往往比较分散，如战国时期的方足布，其币文纪地，目前已经发现了大约近百个品种。汉武帝时期各个郡国都有权利铸钱，不同的地域，不同的铸钱机构，必然会形成版别的多样性。后来汉武帝将铸币权收归国有，铸造了形制规范统一的上林三官五铢。之后的昭宣二帝，中央对于铸币权的控制依旧十分严格，故昭帝五铢与宣帝五铢的特征十分明显，容易辨识且有五铢钱范传世。是时，由于交通不便，运输成本高，如果不采用“即山铸钱”的方法，则铜钱铸造的成本会难以控制。昭宣二帝之后的五铢钱根本无法准确断代，不但没有史料的记载，也没有钱范的出土可以佐证，只是笼统知晓五铢钱仍在铸造，但铸币权是否仍旧集中于上林三官则不得而知了。
从唐代到北宋，铸钱的范围遍及全国，由于山川大河的阻隔，讯息的迟滞，必然造成管理的松散，不同地域铜钱的质量肯定有所差别，版式就更难统一了。但是，到了南宋孝宗时期，自淳熙七年（1180年）开始，钱币的背面出现了纪年，从这一年开始，南宋铜钱的形制与文字都实现了高度的统一，几乎消灭了版别。
明代钱币的版别以洪武和崇祯朝最为复杂，地域特征明显。如崇祯钱大体可分为北京版、南京版、四川版、西北版四大类（图5），每一个大类又包含了若干种的版别，例如北京类的户五、监五，南京类的工、户、共、应、旧、江、清忠、跑马等，四川类的天干系、加、府、嘉、泸、星月等，西北类的兵、制、奉制、太平、榆、官等。清代的顺治五式钱、康熙二十局、雍正十四局等都是由于铸造地点的不同而造成了版别上的差异。
从文化差异的角度
同一地域在不同的文化时期，即使同一文字的钱币也会形成不同的版别。如十分常见的方足布平阳就有“赵平阳”与“韩平阳”之区分，而文字上也有明显的差异。究其原因，平阳曾被韩国辖属长达120年之久，铸造了大量的平阳方足布。后来平阳被秦国占领，赵国又从秦国手中夺回了平阳，铸造了赵国的平阳方足布，由于韩赵两国的文化差异，同一地点铸造的同样文字的钱币形成了不同的版别。类似的情况还有“赵安阳”与“燕安阳”之区分（图6），以及“赵平阴”与“燕坪阴”之区别。另外，随着疆域的扩张，文化也会随之扩张。例如燕国在“下齐七十余城”之后，在齐国境内铸造了“齐明刀”，而与燕国本国的“燕明刀”却有着明显的差别，这就是文化差异产生的结果。
关键词：混凝土湿喷机 衬板 合金铸钢 耐磨性 韧性
引言
混凝土湿喷机衬板是用于工作机构转子与结合板之间的一种耐磨板，在工作中主要受系统的振动、冲击及与工作介质相对运动的摩擦剪切力，其失效形式有裂纹、断裂和快速磨损。目前湿喷机衬板的材料主要是高铬铸铁，其组织中含有超过20 %的高硬度共晶碳化物，基体为高碳马氏体[1]，该材料具有优异的耐磨性，但是其合金元素含量高、生产成本高及高温热处理易变形和断裂。据某企业统计数据，高铬合金衬板在生产制造过程的合格品率不到70%。[2-4]
为解决这个问题，设计出一种生产工艺简单、成本低、韧性高、淬透性与淬硬性好耐磨合金铸钢材料，代替目前广泛使用的普通高铬铸铁材料，是一个研究方向。耐磨合金铸钢是一种新型耐磨材料，以铬、钼为主要合金元素，其组织特点是在贝氏体基体上镶嵌有硬度高、热稳定性好的碳化物[1]，确保耐磨合金铸钢在具有优异强韧性的前提下，还具有高的硬度和优良的耐磨性。基于此，笔者设计一种多元合金铸钢制造成衬板，对其各项性能进行了试验研究。
1试件制备与试验方法
1.1衬板的制造
1.1.1.衬板结构说明
混凝土湿喷机衬板是一种圆形板状件，其结构见图1，外圆直径为Ф510mm，厚度为20mm，在Ф350的分度上均匀分布有9个Ф102孔。按照设计要求，衬板上下两个平面粗糙度小于Ra1.6，需要磨削加工。
1.1.2.化学成分设计
高铬铸铁衬板化学成分按照标准GB/T8263-1999抗磨白口铸铁件要求，分别选取KmTBCr8、KmTBCr12、KmTBCr26作为该试样材料的设计牌号。
1.1.3.铸造工艺
（1）高铬铸铁
在1t 酸性中频无芯感应电炉中冶炼。按照下紧上松的原则装入少量锰铁、硅铁和大部分钼铁、生铁、废钢及大部分铬铁。炉前调整成分，合格后将温度升至1480～1560℃，加入锰铁、硅铁及铝进行脱氧。铁液在浇包内镇静后浇注，浇注温度在1380～1450℃之间；采用15～25°倾斜浇铸工艺；浇注后8 h，当铸件表面温度不超过400 ℃同时不低于200℃时，开箱脱模，清理浇冒口。铸件进行高温软化退火处理。
（2）耐磨合金铸钢
在1t 酸性中频无芯感应电炉中冶炼。热炉装料，少量硅铁、锰铁以及大部分钼铁和铬铁随料装入。炉前调整成分，合格后将温度升至1600～1640℃，钢水经铝脱氧后出炉，在浇包内预先放置含稀土、钒、硼、钛等的复合变质剂，用冲入法对钢水进行微合金化和变质处理；浇注温度1520～1580℃，采用平作立浇工艺；浇注后8 h，当铸件表面温度不超过400 ℃同时不低于200℃时，开箱脱模，清理浇冒口。铸件进行高温软化退火处理。
1.1.4.机械加工工艺
衬板的机加工工艺为：车外圆、平面、钻镗中心孔镗9个Ф102孔钻定位销孔淬火、回火磨平面。
1.1.5.热处理工艺
衬板的热处理工艺见图2，分淬火和回火两道工序。
如图所示，高铬铸铁用盐浴炉加热保温，需要控制其升温速度不高于80℃/h，衬板在油中淬火时间不少于30分钟；合金铸钢升温至880～920℃，保温2h后进行等温盐浴淬火，淬火温度为180～220℃，盐浴保温1h后空冷，选择此淬火工艺是为了减少淬火变形，同时获得马氏体和下贝氏体的复合组织；另外，为尽量消除淬火应力，还增加回火工序，回火温度控制在220～270℃。
1.2.试验方法
高铬铸铁衬板按照牌号KmTBCr9、KmTBCr12、KmTBCr26分别制造出3种衬板。
按照设计的耐磨合金铸钢化学成分，在其范围内调整各元素的比例，制造出3种衬板。
采用电火花线切割机在材料分别为高铬铸铁、耐磨合金铸钢的衬板本体上9个孔部边缘切取试样，将其制作成蝶形试样和边长15mm的立方体试样。
采用光电发射光谱分析方法分析试样的化学成分；采用洛氏硬度仪测试其硬度；按GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》进行试样冲击韧性试验；按国家标准《GB/T12444.1-1990金属磨损试验方法MM型磨损试验》的规定，在M-2000型磨损试验机上对蝶形试样进行滑动摩擦纯磨损试验，条件：磨擦副材料为硬质合金（Ф外=40mm，HV0.1=1380），轴转速200rpm，载荷为40N，采用失重法测定磨损量，称量天平的精度为0.0001g；在金相试验仪上对立方体试件进行金相分析。
1.3.试验结果与讨论
2.1.化学成分分析
将高铬铸铁和耐磨合金铸钢两种材料分别取3组试样的分析其化学成分，结果见表2。
由表2可见，高铬铸铁试样的成分特点为高碳高铬，其中试样3的铬含量较试样1高；耐磨合金铸钢试样的成分特点是中碳低铬，其中试样3的碳、锰、铬、钼含量均较1试样高。
2.2.硬度、耐磨性和冲击韧性
试样洛氏硬度值和冲击韧性结果见表3。
金属材料表面宏观硬度与其耐磨性的一般规律是，表面硬度越高，相对耐磨性越好。从表3可以看出，高铬铸铁的硬度明显高于耐磨合金铸钢，理论上的耐磨性会强于耐磨合金铸钢；从图1和表3的试验数据验证了高铬铸铁的实验室耐磨性略高于耐磨合金铸钢。
另一方面，高铬铸铁的冲击韧性基本为0，接近于脆性材料，因此在生产制造和使用过程中出现裂纹，是一种普遍现象。
2.3.金相组织
由图4可见，高铬铸铁试样的组织为珠光体+莱氏体，为亚共晶白口铸铁；由图5可见，耐磨合金铸钢试样为马氏体和贝氏体组织。
由图6可见，耐磨合金铸钢试样中均匀分布细小白色的碳化物颗粒，由图7试样1和3的同倍数电镜照片对比可以看出，试样3中细小白色的碳化物颗粒多于试样1，其洛氏硬度检测相同，但其耐磨性实验数据好于试样1，说明组织中的白色的碳化物是耐磨合金铸钢耐磨性的重要表征，在下文中的工程应用中也得到了验证。
3.工程应用
为进一步验证耐磨合金铸钢材料的工艺性能，将耐磨合金铸钢进行喷射混凝土应用试验。其具体应用数据和失效状态见表5和图8～9。
由表5可看出，高铬铸铁衬板平均寿命450 m3/件，而耐磨合金铸钢衬板的平均寿命为766m3/件，虽然高铬铸铁磨损失效的使用寿命高于合金铸钢，但是其大部分失效为断裂，直接影响设备正常使用，而耐磨合金铸钢失效形式均为磨损。
4.结论
4.1.用于制造衬板类特殊零件，耐磨合金铸钢的耐磨性略低于高铬铸铁，但其综合使用寿命远高于高铬铸铁，可以代替高铬铸铁应用于有高耐磨性要求的工况下，具有应用价值。
4.2.从耐磨合金铸钢与高铬铸铁的化学成分可以看出，在耐磨合金铸钢的铬含量远低于高铬铸铁，其机械加工性能和合格品率优于高铬铸铁，生产成本具有较大优势。
4.3.耐磨合金铸钢抗冲击性能优于高铬铸铁，满足湿喷机衬板的应用要求。
4.4.以上化学成分微调试件的金相组织、耐磨性对比试验表明，耐磨合金铸钢因其合金元素含量上的差异，其金相组织和耐磨性显著不同。
参考文献：
[1]张伯明，陆文华.铸造手册[M] .北京：机械工业出版社，2002.
[2]郑朝保.混凝土喷射机振动喂料系统的研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2005：2.
[3]秦雪花，张海涛.混凝土喷射机橡胶密封板和旋转衬板的维护与修复[J].矿山机械，2009，16.
关键词 铸件缺陷；检查；修补
中图分类号TG1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0121-02
0 引言
铸造工艺与其他工艺相比，是―项比较复杂的工艺。在全部铸造生产中，影响铸件质量的因素很多，很容易产生各种类型的铸造缺陷。铸件虽然产生缺陷。但不的―律视为废品。应根据铸件的具体情况来进行具体的分析，某些有铸造缺陷的铸件经过修补后还可以使用。
1 铸件常见缺陷
铸件缺陷有：冷隔、浇不足、气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等。
1）冷隔和浇不足
液态金属充型能力不足，或充型条件较差，在型腔被填满之前，金属液便停止流动，将使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。浇不足时，会使铸件不能获得完整的形状；冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全融合的接缝，铸件的力学性能严重受损。 防止浇不足和冷隔：提高浇注温度与浇注速度。
2）气孔
气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷。气孔的内壁光滑，明亮或带有轻微的氧化色。铸件中产生气孔后，将会减小其有效承载面积，且在气孔周围会引起应力集中而降低铸件的抗冲击性和抗疲劳性。气孔还会降低铸件的致密性，致使某些要求承受水压试验的铸件报废。另外，气孔对铸件的耐腐蚀性和耐热性也有不良的影响。防止气孔的产生：降低金属液中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处增设出气冒口等。
3）粘砂
铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂。粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量，甚至会影响机器的寿命。例如铸齿表面有粘砂时容易损坏，泵或发动机等机器零件中若有粘砂，则将影响燃料油、气体、油和冷却水等流体的流动，并会玷污和磨损整个机器。防止粘砂：在型砂中加入煤粉，以及在铸型表面涂刷防粘砂涂料等。
4）夹砂
在铸件表面形成的沟槽和疤痕缺陷，在用湿型铸造厚大平板类铸件时极易产生。铸件中产生夹砂的部位大多是与砂型上表面相接触的地方，型腔上表面受金属液辐射热的作用，容易拱起和翘曲，当翘起的砂层受金属液流不断冲刷时可能断裂破碎，留在原处或被带入其它部位。铸件的上表面越大，型砂体积膨胀越大，形成夹砂的倾向性也越大。
5）砂眼
在铸件内部或表面充塞着型砂的孔洞类缺陷。
6）胀砂
浇注时在金属液的压力作用下，铸型型壁移动，铸件局部胀大形成的缺陷。 为了防止胀砂，应提高砂型强度、砂箱刚度、加大合箱时的压箱力或紧固力，并适当降低浇注温度，使金属液的表面提早结壳，以降低金属液对铸型的压力。
2 铸件缺陷的检查
在整个铸造过程中，都必须进行质量检验。铸件的检验一般分为中间技术检验和出厂前的产品质量检验。型砂、芯砂、模样、芯的质量检验，铁水浇注温度的检测和炉前试验，都属于保证铸件质量的中间技术检验。铸件质量检验是指根据用户要求和图样技术条件要求等有关规定，用目测、量距、仪表或其它手段检验铸件是否达到合格的操作过程。
铸件质量检验应根据铸件的精度等级和技术要求以铸件图样为准进行检验。铸件按其质量可分为3类：合格品（符合技术要求）；返修品（虽有缺陷，但经修补矫正后可达到技术要求）；废品（无法修补）。铸件质量检验包括外观质量、内在质量和使用质量。
1）铸件外观质量检验
它是指铸件表面状况和达到用户要求的程度，包括表面粗糙度、表面缺陷、尺寸公差、形状和重量偏差等。一般用观察或仪器等检验，常用的方法有荧光检验、着色检验、煤油浸润检验和磁粉检验等。
2）铸件内在质量检验
它是指不能用肉眼检查出来的铸件内部情况和达到用户要求的程度，包括化学成分、力学性能、金相组织以及存在于铸件内部的一些缺陷。一般用化学分析、金相检验、无损探伤、材料试验等方法检验。
金相检验是使用显微镜对铸件断口进行观察的一种方法。无损检验是指不损坏铸件，检验其表层和内部缺陷的方法。主要有射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。
3）铸件使用质量检验
使用质量检验是指铸件能满足使用要求的性能。例如，铸件的被加工性能、焊接性能等。
3 铸件缺陷的修补
常用的铸件缺陷修补工艺有以下几种：
1）焊补
利用气焊或电焊的焊补工艺，是铸件缺陷恢孙工艺中最常用的一种。如裂纹、缩孔、冷隔、砂眼等铸造缺陷，都可以用焊补工艺修复。为保证铸件的修复质量，采用焊补工艺时，应注意以下几点：
（1）对焊补部位的清理要求
焊补作业前，首先应对焊补部位进行认真的清理，尤其对缺陷比较密集的部位，应全部清铲于净；对比较深的铸造缺陷，在清铲的基础上，还要将其扩大开成内小外大的坡口。对裂纹缺陷，应该在焊补前，在距裂纹两端5mm~10mm处钻直径为6mm~10mm的限制型纹继续发展的限制孔，然后再进行焊补作业。
（2）对一些可好使较差的铸件的焊补措施
焊补是―种局部加热的工艺方法。由于局部过热，对一些可焊性较差的铸件，住注会产生新的裂纹缺陷。为此，焊补前必须将待修补的铸件进行预热处理，可采取边预热边焊补的方法。
2）金属浇镀
这种工艺方法只适用于对铸件强度和性能影响不大的铸件缺陷的修复。如铸件非工作部位的小缩孔、结论等缺陷，可采取涂镀一层金员膜将其覆盖起来的措施，以达到修补的目的。
3）装饰修补
对铸件上不重要部位的孔眼类缺陷，可根据铸件的颜色，配制各种腻子进行装饰性填补。
4）镶、塞修补
对铸件上的空穴，可加工成相应的塞孔，然后配入塞头或采用螺纹连接，再涂以水玻璃或树脂密合。
5）金属液填补
首先将铸件需要修补的部位注入高温过热金属液，使铸件缺陷部位熔化，然后再继续注入金属液。浇满后，应进行保温冷却，以防止产生新的铸造应力，造成新的铸件缺陷。
参考文献
[1]Ralf Klos，陈宁.低劣的熔炼质量导致铸件缺陷[J].国外机车车辆工艺，2010(3).
[2]JefferyLong，高云.保证产品无缺陷交货的五种方法[J].国外机车车辆工艺，2009(2).
[3]柳天宝.试论焊接缺陷的形成与预防措施[J].现代经济信息，2009(17).
2.现代化大批量汽车铸件生产线砂处理系统建设体会吴毅，WUYi
3.新建中小规模铸造工厂的设计和管理丛培邦，CONGPei-bang
4.不锈钢刀阀体铸造工艺计算机辅助分析张年玉，储德芝，李福琴，王顺，ZHANGNian-yu，CHUDe-zhi，LIFu-qin，WANGShun
5.浅析热芯盒水冷射砂板漏水原因及改进设计方案张聚辉，姜青河，孙志扬，ZHANGJu-hui，JIANGQing-he，SUNZhi-yang
6.移动轮座铸造工艺改进刘波，方素娥，LIUBo，FANGSu-e
7.复杂箱体铸件结构工艺性分析孙占春，马晓枫，赵凯，宋美球，SUNZhan-chun，MAXiao-feng，ZHAOKai，SONGMei-qiu
8.应用线性规划法进行铸造配料郑佳，张志远，ZHENGJia，ZHANGZhi-yuan
9.流水线生产湿型砂质量的控制刘晓东，姜青河，吕清轲，LIUXiao-dong，JIANGQing-he，LVQing-ke
10.富氧送风技术在消失模铸造中的应用秦国治，马纪江，王辉，程兴惠，余辉，QINGuo-zhi，MAJi-jiang，WANGHui，CHENGXing-hui，YUHui
11.国内消失模铸造关键型设备和生产线的现状和展望高成勋，孙黄龙，戴亚坤，刘伟明，GAOCheng-xun，SUNHuang-long，DAIYa-kun，LIUWei-ming
12.Nd对Mg-6Zn微观组织影响研究尹冬松，YINDong-song
13.铸造用高纯生铁的定标及生产要义钱立，刘武成，QIANLi，LIUWu-cheng
14.由美国铸件获奖浅析技术创新李子海，刘绍昌，张福海，LIZi-hai，LIUShao-chang，ZHANGFu-hai
15.灰口铸铁中石墨分布的优化T.Sj(o)gren，P.E.Persson，A.Udroiu，P.Vomacka，王晓靖，T.Sj(o)gren，P.E.Persson，A.Udroiu，P.Vomacka，GarryWang
16.造型线粉尘回收工艺探讨鲁民，LUMin
17."我国古代大型铸铜文物"系列文章之二古代大型铜佛像王福谆，WANGFu-zhun
1.抛丸机中抛丸器的优化设计再议徐金鸿，XUJin-hong
2.铸造装备应用物联网系统的可行性分析吴剑，WUJian
3.插装阀在静压造型线液压系统中的应用王志锋，WANGZhi-feng
4.DC二线电感式接近开关在造型线上的应用李汉宁，吴军，黄凌建，LIHan-ning，WUJun，HUANGLing-Jian
5.潮模砂气冲造型13B车钩工艺实践张代河，ZHANGDai-he
6.LJ465Q-1A发动机曲轴箱热芯盒模具的优化设计尹志鹏，YINZhi-peng
7.合成铸铁生产缸体铸件的工艺技术叶天汉，陈翌庆，苏勇，黄光伟，YETian-han，CHENYi-qing，SUYong，HuangGhang-wei
8.中频感应电炉熔炼铸态铁素体球墨铸铁工艺陈晓光，CHENXiao-guang
9.YC6113柴油机蠕墨铸铁缸盖铸件的质量控制邓劲珊，刘治军，刘春雷，蔡俊涛，宾小丽
10.利用垂直分型技术生产高品质球墨铸铁件裴兵
11.对HTAC燃烧机制下金属镁还原罐内温度分布的数值模拟孙阳，柴跃生，侯冰洋，张敏刚，SUNYang，CHAIYue-Sheng，HOUBing-Yang，ZHANGMin-Gang
12.金属型重力铸造铝合金缸盖关键部位二次枝晶间距研究项大伟，张炳荣，田身军，徐帅，XIANGDa-wei，ZHANGBing-rong，TIANShen-jun，XUShuai
13.发动机连杆失效分析张进，赵晓博，陶世杰，姜江，张金芳，徐景峰，ZHANGJin，ZHAOXiao-bo，TAOShi-jie，JIANGjiang，ZHANGJin-fang，XUJing-feng
14.蠕化处理包堤坝对蠕化处理的影响及其对策铸造设备与工艺 张志刚，刘春雷，ZHANGZhi-gang，LIUChun-lei
15.多媒体技术在金属成型理论基础精品课教学中的应用实践刘瑞玲，闫俊霞，王军，LIURui-ling，YANJun-xia，WANGJun
16."我国古代大型铸铜文物"系列文章之一先秦时期的大型青铜文物王福谆，WANGFu-zhun
1.我国铸造装备生产及使用基本情况刘小龙，邝鸥，LIUXiao-long，KUANGOu
2.工频感应电炉修炉工艺及炉胆结构的改进和丽云
3."一拖三"中频感应电炉的节能与应用吉耀庭，JIYao-ting
4.旧砂再生中激振力对旧砂搓磨力度的理论分析孙耀天，吴剑
5.电炉熔化烟气治理工艺及过程控制詹昌俊，姜成东，杨继忠，史磊，ZHANChang-jun，JIANGCheng-dong，YANGJi-zhong，SHILei
6.中频无心感应电炉炉衬的气动筑炉与维护陈晓光，杨贵成，CHENXiao-guang，YANGGui-cheng
7.陶瓷过滤片在低压铸造铝合金汽车轮中的应用王岩，邢秋林，WANGYan，XINGQiu-lin
8.厚大断面球铁轴承盖的生产杨恒远，徐培好，杨华，YANGHeng-yuan，XUPei-hao，YANGHua
9.轧钢机牌坊的铸造生产工艺郭洪涛，郭林，刘波
10.用V法铸造工艺生产铸钢件的气孔缺陷分析与防治周德钢
11.应用消失模铸造工艺生产煤机柱窝铸钢件的工艺秦国治，马纪江，阎喜红
12.V法铸造用EVA吹塑膜与流延膜的热成型性能及各向异性比较高明，李倩，叶升平，GAOMing，LIQian，YESheng-ping
13.数值模拟在铸钢壳体铸件工艺优化中的应用袁书仓，张淑霞
14.微弧氧化膜层表面化学镀Ni-P合金工艺研究梁永政，师会超，LIANGYong-zheng，SHIHui-chao
15.曲轴箱铸件气孔成因分析与对策谭伯媛，TANBo-yuan
16.真空状态下铝合金熔体中除气的研究刘义虎，王冬成，杨明家，LIUYi-hu，WANGDong-cheng，YANGMing-jia
17.酯硬化新型水玻璃砂无加热干法再生的实践周祚超，ZHOUZuo-chao
18.复合孕育剂对WD615气缸体组织和性能的影响张杰，许景锋，谢瑞财，张敏之，ZHANGJie，XUJing-feng，XIERui-cai，ZHANGMin-zhi
19.镁合金泡沫化研究进展徐梦欣，王录才，王芳，游晓红，武建国，XUMeng-xin，WANGLu-cai，WANGFang，YOUXiao-hong，WUJian-guo
20.铸造强国正在崛起——透过2010中国国际铸造博览会看中国铸造业的发展张立波，温平，支晓恒，荣丽辉，范琦
1.金属件铸型数控加工制造技术应用研究陈少凯，单忠德，刘丰，程正伟，CHENShao-kai，SHANZhong-de，LIUFeng，CHENGZheng-wei
2.浅谈中频炉炉龄的提高张广贺
3.延长中频感应炉酸性炉衬寿命的措施蔺亚琳，LINYa-lin
4.机械手抛丸机在铸件清理中的应用与改进张利欣，尹德秀，张利，ZHANGLi-xin，YINDe-xiu，ZHANGLi
5.铸石生产线应用机械手脱模的研究王浩，张安义，武宇，WANGHao，ZHANGAn-yi，WUYu
6.消失模白模黏结剂选用应根鹏，郑又春，章舟
7.铸造设备与工艺 铸造高铬铸铁复合锤头章舟，李艳明，应根鹏，厉三余
8.防止消失模铸造盲孔塌箱的方法周祚超，ZHOUZuo-chao
9.增强泡沫铝复合材料制备工艺的研究武建国，王录才，WUJian-guo，WANGLu-cai
10.稀土元素对AZ31镁合金组织和力学性能的影响刘敏娟，李秋书，莫漓江，石大鹏，LIUMin-juan，LIQiu-shu，MOLi-jiang，SHIDa-pengHtTp://
11.高强度马氏体不锈钢铸件的铸造郭建明，夏建忠
12.随流孕育处理对WD615汽缸盖组织和断面均匀性的影响许景峰，杨华，田普昌，张敏之，张杰，谢瑞财，XUJing-feng，YANGHua，TIANPu-chang，ZHANGMin-zhi，ZHANGJie，XIERui-cai
13.余热处理生产高强度钢筋性能研究卢彦会，白占顺，LUYan-hui，BAIZhan-shun
14.破碎机辊子的研制与应用郭洪涛，郭林，刘波
15.铸造过程数值模拟中的网格技术徐琴，吴士平，薛祥，XUQin，WUShi-ping，XUEXiang
16.铸造工艺装备建设吴惠源，WUHui-yuan
17.《材料科学基础》教学改革全面提高学生素质王静，王素梅，宋春梅，李洪波，金宝士，WANGJing，WANGSu-mei，SONGChun-mei，LIHong-bo，JINBao-shi
18.经营出口铸件的几点必备策略刘强，LIUQiang
1.现代铸造厂的建设与铸造行业的技术进步(续完)胡群芳，HUQun-fang
2.粘土砂铸造造型线的选用与生产维护贾瑛
3.应用消失模技术提高铸件生产的经济效益阴世河，阴世悦，吴祖禹，YINShi-he，YINShi-yui，WUZu-yu
4.炼镁还原罐用钢的耐热机理分析夏兰廷，王录才，王荣峰，XIALan-ting，WANGLu-cai，WANGRong-feng
5.用含镁蠕化剂处理蠕墨铸铁工艺探讨孙磊，赵浩峰，章帅，慕仁华，陈文龙，王玲，SUNLei，ZHAOHao-feng，ZHANGShuai，MURen-hua，CHENWen-long，WANGLing
6.AZ31镁合金表面钼酸盐(Na2MoO4)转化膜的研究郭志丹，夏兰廷，杨娜，GUOZhi-dan，XIALan-ting，YANGNa
7.电磁搅拌工艺对AZ31变形镁合金铸态组织的影响石大鹏，李秋书，赵彦民，刘敏娟，SHIDa-peng，LIQiu-shu，ZHAOYan-min，LIUMin-juan
8.Nd-Fe-B合金热处理工艺优化研究颜开，赵浩峰，王玲，李庆芳，吴红燕，孙磊，张禄，YANKai，ZHAOHao-feng，WANGLing，LIQing-fang，WUHong-yan，SUNLei，ZHANGLu
9.铝合金低压铸造充型过程水模拟技术的研究王有喜，张勇，张春明，WANGYou-xi，ZHANGYong，ZHANGChun-ming
10.冷芯盒设备问题产生废芯的原因分析及解决措施刘屹，杨春霞，王国强，姚红
11.铸钢大型渣罐的生产与质量控制马金元，马越，郝海文，宋建军，张永乐，MAJin-yuan，MAYue，HAOHai-wen，SONGJian-jun，ZHANGYong-le
12.借助数学公式法求解铸件的冒口尺寸子澍，ZIShu
13.造型线模具设计与制造铸造设备与工艺 袁修坪，黄汉云
关键词： 磁悬浮； 连续铸造； 近终形余热坯； 铜材生产； 应用
中图分类号： TF 777文献标志码： A
Magnetic Floating Continuous Casting of Molten Metal and
Its Application in Copper Production
LIU Dingping
（Chengdu Copper Factory， Chengdu 610072， China）
Abstract： The principle of magnetic floating continuous casting（MFCC for short） and its application in producing copper plate and strip，copper pipe，copper wire，copper profile，copper rod and bars was briefed and the efficiency of producing copper with magnetic floating continuous casting and rolling（MFCCR for short） and magnetic floating continuous casting and continuous extruding（MFCCCE for short） was analyzed.Power consumption in producing H65 soft brass strip with MFCC showed that magnetic floating continuous casting of molten metal applied in producing copper could obviously save energy and reducing cost and this technology is well worth promoting.
Keywords： magnetic floating； continuous casting； near net shape afterheat processing billet； copper production； application
金属材料是重要的基础材料，然而金属材料制备的高能源消耗是其存在的一个主要问题.国务院2015年5月8日公布的《中国制造2025》把全面推行绿色制造列为九大任务和重点之一，明确提出“加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度，加快制造业绿色改造升级；积极推行低碳化、循环化和集约化，提高制造业资源利用效率；强化产品全生命周期绿色A铁、有色、化工、建材、轻工、印染等传统制造业绿色改造；大力研发推广余热余压回收、水循环利用、重金属污染减量化、有毒有害原料替代、废渣资源化和脱硫脱硝除尘等绿色工艺技术装备；加快应用清洁高效铸造、锻压、焊接、表面处理和切削等加工工艺，实现绿色生产”的要求.
采用金属液磁悬浮连铸（Magnetic Floating Continuous Casting，MFCC）工艺、金属液磁悬浮连铸近终形余热热轧坯（Magnetic Floating Continuous Casting and Rolling，MFCCR）工艺和金属液磁悬浮连铸连续挤压（Magnetic Floating Continuous Casting and Continuous extruding，MFCCCE）工艺，能较好地实现金属材料生产的节能、减排、降耗、优质和增收效果[1-3].
作者自2004年起开展铜板和锌液磁悬浮研究，并进行了锌液磁悬浮连铸试验，已取得锌液被悬浮的效果（锌液与钢液、铜液均能被电磁感应而悬浮）.2013年10月16日“金属液磁悬浮连续铸造近终形余热热轧坯工艺”获国家发明专利授权（授权专利号：ZL200510021740.4）.
1MFCC工艺原理
MFCC工艺原理的核心是金属液被电磁感应而悬浮.金属液在炉口被约束成留有材料规格加工余量的断面尺寸，被牵引进入由约10 kHz交变电源与铸坯形状相应的线圈组成的交变磁场（原生磁场）.原生磁场与流入的金属液组成无导磁体的空心变压器，线圈为初级，金属液为次级.金属液被电磁感应产生涡流，涡流磁场（次生磁场）方向与原生磁场方向相向，产生相互推斥力，因线圈固定不动，金属液被推斥向上并抵消重力而悬浮.
MFCC是流体力学、电磁学和金属压力加工学等学科合成的先进生产工艺，属于电磁冶金学的电磁铸造.金属液在磁场上面悬浮，故能用于生产.
2MFCC工艺在铜材生产中的应用
铜（含铜合金，下同）液经磁悬浮连铸成约800 ℃近终形余热坯，在线进入轧机或Conform连续挤压机，产出冷加工量最小坯.被轧制成终形板带坯或连续挤压成管、线、型、棒和排材终形坯.这些终形余热坯的后续冷加工量很小，仅需约3道次冷加工即能成材[4-5].
2.1MFCCR工艺在铜板带材生产中的应用
由图1可见，实现铜液磁悬浮连铸近终形余热板、带坯的步骤是：从塞棒2流入流槽17的1 160 ℃铜液经凸堆展流成片状，厚度约3 mm，经牵引流入磁悬浮与适度降温结晶区5～12，使金属液适度降温结晶成约800 ℃坯（图中5～12区域功能，相当于现今水冷模结晶器），进入热轧机，热轧成厚约1 mm 带坯.其中，金属液流速、适度冷却强度及轧制速度3项参数须程序控制，自动平衡.如以产量决定流速为基础，则调整、控制另两项参数.MFCCR工艺铜液在磁场（线圈）上面悬浮，铸坯宽度仅受轧机限制，轧制属成熟技术.
2.2MFCCCE工艺在铜管、线、型、棒和排材生产中的应用铜液经MFCC连铸成约800 ℃四方形坯的生产线布置如图2所示.
图2中的8为马鞍形空腔平面线圈，两鞍部高度与四方形铸坯高度匹配.铜液从炉口经热铸模3定形，立刻进入马鞍形空腔平面线圈8，类似四方形金属液，其底面与图1原理相同，金属液被电磁感应而悬浮.同理，两鞍部产生分别指向移动方向中轴线的电磁侧压力，约束金属液柱不致散塌、偏摆.在连续移动中，经上下左右各面适度冷却降温成
近终形、保留热加工上限温度的余热铸坯，并立刻进入Conform连续挤压机产出冷加工量很小、仅需3道次左右冷加工即能成材的管、型、线材和排材坯.
当今国内外使用的Conform连续挤压机，都使用上引水冷模连铸的室温坯料，以消耗动能为代价，摩擦升温至500 ℃左右，经塑性变形，挤压出冷加工坯.同理，Conform也能对MFCC产出的约800 ℃余热铸坯挤压成冷加工坯.由于铜（如T2）的变形抗力在800 ℃时为σb
3MFCCR、MFCCCE工艺用于铜材生产效益的初步分析表1为MFCC工艺与目前常用工艺的电耗对比.现国内外均用连铸或半连铸供厚坯，无论热轧还是冷轧，均是多道次操作，电耗都在GB 21350―2013允许的范围内.由于节电，MFCCR和MFCCCE工艺每吨铜材（带、管、线、型材）产品平均可增收1 500元.以H65牌号、规格厚0.18 mm×宽10～305 mm软态黄铜带产品生产为例，采用MFCCR工艺的电耗计算见表2，并与传统生产工艺作比较.
由表2可见：
（1） MFCC工艺比传统工艺节电1 969-821=1 148 kW・h・t-1，节电率为1 148÷1 969=58%.
（2） 磁悬浮电耗为净节能的百分比为（21.6÷1 148）÷0.92（成材率）=2%.
（3） MFCC工艺节能，主要在于冷轧和热处理（中间退火）两道工序，即冷轧和中间退火道次减少.
此外，应用MFCC工艺技术还有产品成材率高、质量好、品种齐以及新建生产线投资省等诸多优势.
4结论
（1） 金属液经MFCC技术，利用余热成材具有以下优点：无加热工序，节能；余热坯近终形，生产流程短，物耗少，设备数量和装机容量小；铸坯表面光洁、组织结构为细晶.电磁搅拌使凝固组织细化、铸坯的抗拉强度比普通连铸提高39%.MFCC是钢
（2） MFCCR、MFCCCE工艺流程主要包括金属液被约束、牵引、磁悬浮、适度降温、均温和热加工（热轧或Conform连续挤压）.除磁悬浮外，其余均为成熟技术.只要能实现金属液磁悬浮，就能实现MFCCR、MFCCCE.
（3） 金属材料加工生产采用MFCC工艺，设备主要增加国产10 kHz交变电源，传统生产线设备可减少2/3.
参考文献：
[1]李伟轩.电磁场在铜连铸中应用的研究[D].上海：上海大学，2009.
[2]邓康.美国USP4678024原理分析[J].日本铁钢协会会I（国际版），1998：1035-1037.
[3]任忠鸣，周月明，张春源，等.水平电磁连铸中金属磁悬浮行为[J].金属学报，1996，32（6）：642-646.
