重力铸造技术研究发展

重力铸造是传统的铸造工艺，早在公元前就已经存在，距今已有6000的历史。其定义是在重力作用下将金属液倒入型腔(砂型、金属型、石膏型、陶瓷型、泥型等)中，并使金属液在重力下结晶凝固的铸造工艺。其中砂型与金属型重力铸造用的较多，采用砂型可成形相对复杂的铸件，而金属型可获得较快的冷却速度。由于金属型的导热于砂型，该铸造方法具有铸件冷速高、铸件组织细密的特点，金属型铸件质量一般高于砂型铸件。但金属型导热强、不透气，铸件中易产生浇不足、裂纹、气孔等缺陷，因此合理设计浇注系统以避免缺陷产生。
出于脱模的考虑，金属型铸造工艺主要用于大批量生产简单形状的铸件，如铝合金活塞、缸体等。而大多数铸造厂采用外型金属型、内腔砂芯的方式，使得金属型铸造工艺灵活且操作简便。
重力倾转铸造工艺是近年来出现的新兴成形技术，其本质也是重力铸造的一种。重力倾转铸造是依靠铸型倾角的变化来使金属液在重力作用下流淌进入型腔的一种铸造工艺。在重力作用下，通过简单地机械手段，使金属液在不发生紊流的情况下进入铸型。法国人Durville用此法来铸造铝青铜法币。1961年，美国人G.W.Stahl推广了“倾斜浇注”的概念，用以成形铝合金金属型铸件，并在此基础上对浇口设计进行了总结，其实质还是后的顶注式浇口设计。采用这种方法不仅可以避免普通重力铸造因金属液压头高、流速快造成的氧化飞溅，而且在倾转后金属液温度场分布合理，利于顺序凝固补缩。
重力倾转铸造的难点在于倾转速度难以合理控制。若倾转速度过快，金属液进入型腔后碰到芯子阻拦，则易产生飞溅；若转速过慢，则会因充型时间长导致降温严重，从而影响金属液充型能力。由于浇注速度在实际中很难依靠经验设定，工艺设计者往往需要在前期进行大量的模拟工作，寻找多阶段浇注工艺的参数。
对于铝镁等轻合金，一方面由于其密度低，其静水压力产生的压头有限，并且没有铸铁件“石墨化膨胀”现象，因此在工艺设计时，尤其需要关注金属液的补缩能力，合理设计浇冒系统；另一方面，铝镁等轻合金熔体化学性质活泼，易吸气氧化，如果凝固过程中冷却速度缓慢，则给氢气析出、枝晶长大、发达创造了条件。因此，针对轻合金的工艺设计，一般原则是铸件重要部分尽量置于铸型底部，同时避免冒口与铸件厚大部位重合，以避免氧化夹渣的富集与凝固缓慢带来的不利影响。