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铜水套是一种用于冶金炉上的冷却设备，其突出特点是具有优异的冷却能力，有利于保护炉体和延长冶金炉使用寿命。本文利用砂型铸造方法制备了Cu/Ni、Cu/Monel水套材料，并分析了不同浇注温度下铸件界面的组织和性能；模拟了Cu/Monel水套不同铸造工艺下的铸造充型和凝固过程，并预测了可能产生的缺陷；采用三种雨淋式铸造工艺制备了尺寸为1058mm×300mm×76mm的Cu/Monel水套，分析了水套的组织和性能。主要结论如下：研究了Cu/Ni、Cu/Monel水套材料不同浇注温度下的组织和性能。结果表明：随着浇注温度从1100℃升高到1300℃，Cu/Ni、Cu/Monel水套材料界面处的扩散层厚度增加，显微硬度增大，但剪切强度先增大后减小；在1200℃浇注时，Cu/Ni、Cu/Monel水套材料分别获得了162MPa、199MPa的最佳界面剪切强度；相同浇注温度下，Cu/Monel水套材料的界面组织和剪切强度都要优于Cu/Ni水套材料，主要原因是Monel合金的熔点与Cu更接近，因而扩散熔合更充分。模拟了Cu/Monel水套六种不同铸造工艺下的铸造充型和凝固过程。结果表明：工艺Ⅰ（立浇底注式）、工艺Ⅱ（立浇反雨淋式）、工艺Ⅳ（平浇底注式）充型过程中易发生起伏、飞溅、紊流、涡流等现象，温度场分布不均匀，在埋管间存在温度偏低区域。工艺Ⅲ（立浇雨淋式）、工艺Ⅴ（平浇雨淋式）、工艺Ⅵ（平浇多孔雨淋式）充型过程平稳，铜液自下而上逐步充满型腔，且温度场变化比较平缓。工艺Ⅰ、工艺Ⅱ、工艺Ⅳ中铸件最后凝固区在冒口正下方及埋管间，虽然气孔缺陷数量较少，但在冒口下方及埋管间可能存在大范围缩孔缩松缺陷。工艺Ⅲ、工艺Ⅴ、工艺Ⅵ中铸件最后凝固区域位于雨淋孔下方，且处于铸件的表面处，铸件的埋管附近虽然存在集中气孔，但由于雨淋孔下方的补缩作用，避免了缩孔缩松缺陷的产生。研究了三种铸造工艺下Cu/Monel水套的组织和性能。结果表明：工艺1（立浇雨淋式）、工艺2（平浇雨淋式）、工艺3（平浇多孔雨淋式）中铸件的无间隙率分别为94.5%、95.5%、98.9%；铸件心部位置的界面扩散层最厚，显微硬度过渡区最宽；三种工艺下铸件的最大平均剪切强度分别为175MPa、162MPa和189MPa，最小平均剪切强度分别为52MPa、47MPa和80MPa；对比分析三个铸件的组织和缺陷特征以及界面处的结合强度，工艺3获得的水套铸件综合质量最好。