1. Вступ
Copper and its alloys occupy a pivotal role in modern industry due to their outstanding electrical conductivity, Корозійна стійкість, і термічна продуктивність.
Історично, civilizations dating back to 5000 BC mastered copper casting in simple stone molds, laying the groundwork for today’s sophisticated techniques.
У цій статті, we explore the full spectrum of copper‑based casting methods, examine their metallurgical principles, and guide engineers in selecting the optimal process for diverse applications.
2. Fundamental Principles of Metal Casting
Every casting method follows four core stages:
- Створення цвілі – Technicians form a cavity in sand, метал, керамічний, or plaster that mirrors the part geometry.
- Заливання – Furnaces melt copper (температура плавлення 1 083 ° C) or alloys up to 1 600 ° C, then pour the liquid into molds.
- Затвердіння – Controlled cooling—guided by thermal conductivity (~ 400 W/m·K for copper) and mold material—drives microstructure development.
- Shake‑Out – Once solid, castings exit the mold and undergo cleaning and post‐processing.
Copper’s high thermal conductivity demands higher mold preheat (200–400 °C) and precise pour control to maintain fluidity (viscosity ~ 6 mPa·s at 1 200 ° C).
Додатково, copper’s Теплове розширення (16.5 µm/m·K) requires exact pattern offsets to achieve final dimensions.
3. Major Copper Alloy Casting Methods
Мідь and its alloys—brasses, bronzes, copper-nickels, and others—are cast using a range of methods that suit different production volumes, механічні вимоги, and dimensional tolerances.
Each technique carries distinct advantages and limitations based on alloy characteristics and desired component outcomes.
This section explores the most prominent copper alloy casting methods in modern manufacturing, along with technical insights to guide process selection.
Пісочний кастинг
Огляд процесу & Обладнання
Пісочний кастинг remains one of the oldest and most widely used methods for casting copper alloys. It involves packing sand around a reusable pattern inside a mold box.
The sand is bonded with clay (зелений пісок) or hardened with chemicals (resin-bonded or CO₂-activated sands). After pattern removal, molten metal is poured into the cavity.

Переваги
- Низька вартість інструментів, підходить для низьких- до середніх тиражів
- Flexible part sizes—from a few ounces to several tons
- Broad alloy compatibility
Обмеження
- Coarse surface finishes (Ra 6,3-25 мкм)
- Loose tolerances (typically ±1.5–3 mm)
- Requires post-casting machining for most precision applications
Інвестиції (Загублений) Кастинг
Precision Shell Building
Інвестиційне кастинг uses a wax model coated with ceramic slurry to build a thin, high-accuracy shell mold. Після вигорання, molten metal is poured into the preheated ceramic mold.

Вигоди
- Відмінний розмірна точність (±0,1–0,3 мм)
- Ідеальний для заплутаний, thin-walled geometries
- Вищий поверхнева обробка (Ra 1,6–3,2 мкм)
Виклики
- Higher tooling costs (due to the need for injection dies)
- Longer cycle times, especially for shell construction and burnout
- Typically economical only for medium-to-high volume виробництва
Shell Molded Casting
Деталі процесу
Shell molding uses a heated metal pattern coated with resin-bonded sand. When exposed to heat, the resin sets to form a thin shell that acts as the mold.
The process produces more accurate and cleaner castings than traditional sand casting.
Переваги
- Improved surface quality and definition
- Більш жорсткі допуски than green sand molds
- Reduced machining allowance due to near-net shape casting
Обмеження
- Higher material costs (specialized resins and silica sands)
- Expensive pattern tooling (metal patterns required)
Відцентрове кастинг
Horizontal vs. Vertical Setups
При відцентровому литті, розплавлений метал заливають у форму, що обертається, either horizontally or vertically.
The centrifugal force distributes the metal against the mold wall, minimizing porosity and ensuring excellent material integrity.

Ключові переваги
- High density and reduced porosity—ideal for pressure-retaining components
- Спрямоване затвердіння покращує механічні властивості
- Підходить для втулки, кільця, трубки, and hollow parts
- Vertical casting often used for small parts; horizontal for large cylinders
Обмеження
- Обмежується ротаційно-симетричні частини
- Tooling setup is more complex and costly than static casting
Chill Casting
Solidification Control
Chill casting uses metal molds (often iron or steel) to rapidly extract heat from the molten metal. This rapid solidification refines the grain structure and enhances mechanical properties.
Сильні сторони
- Produces важче, denser castings (до 50% increase in hardness vs. пісочний кастинг)
- Excellent for phosphor bronze and gunmetal
- Cost-effective for repetitive casting of bars, стрижнів, і дрібні деталі
Обмеження
- Less suited for Складні геометрії
- Limited size range due to mold constraints
Кастинг (Hot-Chamber and Cold-Chamber)
Pressure Injection Process
Die casting involves injecting molten copper alloys into a high-strength steel mold under high pressure.
Cold-chamber machines are typically used due to the high melting points of copper alloys.

Переваги
- Fast production rates—ideal for mass production
- Superior surface finish and precision (Ra 1–2 µm, tolerances ±0.05 mm)
- Reduces or eliminates machining
Constraints
- Not all copper alloys are suitable (Напр., high zinc brasses can corrode dies)
- Die tooling is дорогий (investment of $50,000 або більше)
- Найкраще medium to high volumes
Безперервне лиття
Огляд процесу
Molten metal is poured into a water-cooled mold that continuously forms and pulls solidified metal through a withdrawal system.
Common outputs include rods, брус, and billets for downstream machining or rolling.
Переваги
- Висока продуктивність with minimal human intervention
- Excellent mechanical properties due to controlled solidification
- Smooth surfaces and straightness suitable for automatic feed machining
- Low scrap rate and better yield (над 90% material utilization)
Типові сплави
- Tin bronzes, leaded bronzes, phosphor bronzes, and copper-nickels
Plaster Mould Casting
Specialized Use
This process employs plaster or ceramic molds formed around a pattern to capture fine detail and tight tolerances.
The mold is removed after casting by breaking or dissolving the plaster.
Переваги
- Excellent for складні форми і гладкі поверхні
- Good for прототипи і низький об'єм виробництва
Недоліки
- Низька паропроникність—limits to casting size
- Longer preparation time і limited mold life
Зведена порівняльна таблиця
| Метод лиття | Поверхнева обробка (Рак) | Розмірна толерантність | Типові обсяги | Ключові сили |
|---|---|---|---|---|
| Пісочний кастинг | 6.3–25 мкм | ±1.5–3 mm | Від низького до високого | Низька вартість, alloy flexibility |
| Інвестиційне кастинг | 1.6–3,2 мкм | ±0,1–0,3 мм | Від середнього до високого | Висока точність, Складні частини |
| Shell Molded Casting | 1.6–3,2 мкм | ±0,25–0,5 мм | Середній | Тісні допуски, готовий до автоматизації |
| Відцентрове кастинг | 3.2–6,3 мкм | ±0.25–1.0 mm | Середній | Висока щільність, мінімальні дефекти |
| Chill Casting | 3.2–6,3 мкм | ± 0,5–1,0 мм | Середній | Enhanced mechanical properties |
| Кастинг | 1–2 мкм | ± 0,05–0,2 мм | Високий | Fast cycles, мінімальна механічна обробка |
| Безперервне лиття | 3.2–6,3 мкм | ±0.2–0.5 mm/m | Дуже високий | Cost-efficient billet production |
| Plaster Mould Casting | 1.6–3,2 мкм | ±0,1–0,3 мм | Від низького до середнього | Detailed, складні форми |
4. Common Copper Alloys Used in Casting
Foundries cast a wide array of copper‑based alloys, each engineered to balance mechanical strength, Корозійна стійкість, thermal and electrical performance, і кастості.

| Сплав | Позначення | Склад (WT%) | Ключові властивості | Preferred Casting Methods | Типові програми |
|---|---|---|---|---|---|
| Free‑Machining Brass | C36000 / CZ121 | 61 Cu–35 Zn–3 Pb | Розтяг: 345 MPa Подовження: 20 % Провідність: 29 % IACS |
Пісок, Інвестиції, Загинути, Лиття оболонки | CNC‑machined fittings, шестерні, електричні клеми |
| Low‑Lead Brass | C46400 / CZ122 | 60 Cu–39 Zn–1 Pb | Розтяг: 330 MPa Подовження: 15 % NSF‑61 compliant |
Пісок, Інвестиції, Загинути | Potable‑water valves, сантехнічні світильники |
| Бронза підшипника | C93200 | 90 Cu–10 Sn | Розтяг: 310 MPa Твердість: HB 90 Відмінна зносостійкість |
Пісок, Chill, Відцентровий | Втулки, thrust washers, heavy‑load bearings |
| Алюмінієва бронза | C95400 | 88 Cu–9 Al–2 Fe–1 Ni | Розтяг: 450 MPa Твердість: HB 120 Strong seawater corrosion resistance |
Загинути, Відцентровий, Лиття оболонки | Морське обладнання, робочі колеса насоса, компоненти клапана |
| Бронза фосфору | C51000 | 94.8 Cu–5 Sn–0.2 P | Розтяг: 270 MPa Подовження: 10 % Good fatigue & spring properties |
Інвестиції, Пісок, Загинути | Пружини, електричні контакти, діафрагми |
Copper‑Nickel (90–10) |
C70600 | 90 Cu–10 Ni | Розтяг: 250 MPa Подовження: 40 % Exceptional biofouling resistance |
Пісок, Відцентровий, Безперервний | Seawater heat‑exchangers, marine piping |
| Copper‑Nickel (70–30) | C71500 | 70 Cu–30 Ni | Розтяг: 300 MPa Superior chloride and erosion resistance |
Пісок, Безперервний, Відцентровий | Condenser tubes, offshore hardware |
| Берилієва мідь | C17200 | 98 Cu–2 Be | Розтяг: up to 1 400 MPa (у віці) Провідність: 22 % IACS |
Інвестиції, Chill, Загинути | High‑reliability springs, non‑sparking tools, з'єднувачі |
| Кремнієва бронза | C65500 | 95 Cu–5 Si | Розтяг: 310 MPa Corrosion resistant in marine/chemical |
Пісок, Інвестиції, Лиття оболонки | Decorative hardware, ship fittings |
5. Висновок
Copper and copper‑alloy foundries offer a rich toolbox of casting methods—each balancing вартість, точність, механічні показники, і обсяг виробництва.
By understanding process nuances—from mold materials and thermal management to alloy behavior—engineers can optimize part design, minimize scrap, and ensure reliable performance.
As technologies like additive mold fabrication і real‑time simulation mature, copper casting will continue to evolve, sustaining its critical role in high‑performance manufacturing.
В Це, Ми раді обговорити ваш проект на початку процесу проектування, щоб гарантувати, що будь-який сплав буде обраний або застосовано після кістерів, Результат відповідатиме вашим механічним та характеристикам продуктивності.
Для обговорення ваших вимог, електронна пошта [email protected].
Поширені запитання
Can all copper alloys be die-cast?
Ні. Only specific alloys like aluminum bronzes, high-tensile brasses, і silicon brasses are suitable for кастинг due to the high pressures and rapid cooling involved.
Сплави як бронза фосфору або gunmetal are better suited to sand or chill casting.
What’s the difference between centrifugal and chill casting?
- Відцентрове лиття uses rotational force to push molten metal into the mold, producing dense, defect-free components (ideal for pipes, втулки, і рукава).
- Chill casting uses static metal molds to rapidly solidify the surface, improving mechanical properties and reducing grain size—especially effective for tin bronzes.
Why is continuous casting preferred for high-volume copper alloy bars?
Безперервне лиття offers consistent quality, відмінні механічні властивості, and low scrap rates.
It’s optimal for бронза фосфору, gunmetal, і свинцева бронза заготовки, especially when integrated with rolling or extrusion processes.
What post-processing is required after casting copper alloys?
Depending on the casting method and alloy, post-processing may include:
- Heat treatment for stress relief or aging (especially for beryllium copper)
- Machining for critical surfaces or tight tolerances
- Surface finishing such as polishing or coating for corrosion protection or aesthetics



