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青铜铸造
工业基石用失蜡法和陶范法铸造铜器、兵器和齿轮
金属铸造工业
进阶级:需要一定工程知识和组织能力,成功后可奠定产业基础。
适用时代
古代文明通用
难度
困难
风险等级
高
制作周期
数天
前置条件
铜、锡、铅、蜡、耐火泥、木炭、熔炉
原理
青铜是铜锡合金,熔点约 900-1050°C,比纯铜低、流动性好,适合铸造。失蜡法是先用蜡雕出模型,外敷耐火泥形成铸范,加热后蜡熔化流出,留下空腔,再浇入青铜液。陶范法则是用泥直接塑出器物内外范,组合后浇铸。青铜凝固后强度高、耐磨、耐腐蚀,适合制作礼器、兵器、齿轮和轴承。
原料与配比
| 原料 | 用量 | 说明 |
|---|---|---|
| 红铜 | 85-90% | 提供基体 |
| 锡 | 10-15% | 降低熔点、增加硬度 |
| 铅(可选) | 2-5% | 增加流动性 |
| 蜂蜡/动物油 | 适量 | 失蜡法模型材料 |
| 耐火泥 | 大量 | 制作铸范 |
工具
- 熔铜炉
- 坩埚
- 风箱
- 雕刻刀
- 陶范模具
- 铁钳
操作步骤
- 制模(失蜡法):
用蜂蜡或混合油脂雕刻出想要器物的精确形状。
在蜡模上固定浇口棒和排气道。 - 制范:
将耐火泥加水调成泥浆,反复涂抹在蜡模表面,厚度 2-3cm。
外层再加粗泥加固,阴干数天。
陶范法则是分别做出器物外形的"外范"和内部空腔的"内范",组合后留出浇口。 - 脱蜡/烘干:
失蜡法:将铸范缓慢加热,蜡熔化流出,形成空腔。
继续加热至 600-800°C 焙烧铸范,去除残留有机物并增强强度。 - 熔炼青铜:
按铜 90%、锡 10% 的比例装入坩埚。
用木炭加热至 1100-1200°C,直到合金完全熔化,表面出现镜面光泽。
撇去表面浮渣。 - 浇铸:
将铸范预热后固定,迅速从浇口倒入青铜液。
保持浇口充满,直到铸件凝固收缩有补充。 - 冷却开范:
自然冷却数小时后打碎铸范,取出铸件。
切除浇口、冒口和飞边。 - 修整打磨:
用锉刀、砂石打磨表面,抛光。
必要时补铸残缺部位。
注意事项
- 青铜液温度极高,浇铸时必须穿戴防护,避免飞溅。
- 铸范必须充分干燥,残留水分遇高温金属液会爆炸。
- 锡在高温下易氧化,熔炼时要覆盖木炭减少烧损。
- 含铅青铜有毒,不宜制作食器。
常见问题与解决方法
| 问题 | 原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 铸件有气孔 | 排气不畅或金属液含气 | 增加排气道,充分除渣 |
| 铸件冷隔 | 温度低或浇速慢 | 提高金属液温度,快速浇满 |
| 铸范开裂 | 泥料配比不当或烘干急 | 增加细砂比例,慢速烘干 |
| 硬度不足 | 锡含量偏低 | 增加锡比例至 12-15% |
升级方向
- 复合范:分块制范,便于铸造复杂器物。
- 金属芯:用可溶解或可敲出的泥芯做空心铸件。
- 批量铸造:一范多腔,提高产量。
- 精密齿轮:铸造后少量切削加工,提高精度。
参考来源
- 中国古代青铜铸造技术
- 失蜡法与陶范法工艺
- 铜锡合金相图与性能