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按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。
一般的,低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差,仅用于制造电机零件或渗碳零件;中碳钢ZG25~ZG45,具有高于各类铸铁的综合性能,即强度高、有优良的塑性和韧性,因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件,如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等,是碳素铸钢中应用最多的一类;高碳钢ZG55的熔点低,其铸造性能较中碳钢的好,但其塑性和韧性较差,仅用于制造少数的耐磨件。
根据合金元素总量的多少,合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。
1)低合金铸钢,我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件,而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。
2)高合金铸钢,具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。如高锰钢ZGMn13,是一种抗磨钢,主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件,如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等;铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等,对硝酸的耐腐蚀性很高,主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。
铸钢的机械性能比铸铁高,但其铸造性能却比铸铁差。因为铸钢的熔点较高,钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大,其体收缩率为10~14%,线收缩为1.8~2.5%。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷,必须采取比铸铁复杂的工艺措施:
1、由于钢液的流动性差,为防止铸钢件产生冷隔和浇不足,铸钢件的壁厚不能小于8mm;浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大;采用干铸型或热铸型;适当提高浇注温度,一般为1520°~1600℃,因为浇注温度高,钢水的过热度大、保持液态的时间长,流动性可得到改善。但是浇温过高,会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件,其浇注温度约为钢的熔点温度+150℃;大型、厚壁铸件的浇注温度比其熔点高出100℃左右。
2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁,为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷,在铸造工艺上大都采用冒口和、冷铁和补贴等措施,以实现顺序凝固。
此外,为防止铸钢件产生缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷,应使其壁厚均匀、避免尖角和直角结构、在铸型用型砂中加锯末、在型芯中加焦炭、以及采用空心型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的退让性和透气性。
铸钢的熔点高,相应的其浇注温度也高。高温下钢水与铸型材料相互作用,极易产生粘砂缺陷。因此,应采用耐火度较高的人造石英砂做铸型,并在铸型表面刷由石英粉或锆砂粉制得的涂料。为减少气体来源、提高钢水流动性及铸型强度,大多铸钢件用干型或快干型来铸造,如采用CO2硬化的水玻璃砂型。
铸钢件均应在热处理后使用。因为铸态下的铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩孔和缩松、晶粒粗大、组织不均及残余内应力等铸造缺陷,使铸钢件的强度、尤其是塑性和韧性大大降低。
为细化晶粒、均匀组织及消除内应力,铸钢件必须进行正火或退火处理。正火处理后的钢,其机械性能较退火后的高,成本也较低,所以应用较多。但由于正火处理会引起较退火大的内应力,只适用于含碳量小于0.35%的铸钢件。因为低碳铸钢件的塑性好,冷却时不易开裂。为减小内应力,铸钢件在正火后,还应进行高温回火。对于含碳量≥0.35%的、结构复杂及易产生裂纹的铸钢件,只能进行退火处理。铸钢件不宜淬火,否则极易开裂。
铸钢的熔炼一般采用平炉,电弧炉和感应炉等。平炉的特点是容量大、可利用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼优质钢及低合金钢,多用于熔炼质量要求高的、大型铸钢件用的钢液。
三相电弧炉的开炉和停炉操作方便,能保证钢液的成分和质量、对炉料的要求不甚严格、容易升温,故能炼优质钢、高级合金钢和特殊钢等,是生产成型铸钢件的常用设备。
此外,采用工频或中频感应炉,能熔炼各种高级合金钢和碳含量极低的钢。感应炉的熔炼速度快、合金元素烧损小、能源消耗少、且钢液质量高,即杂质含量少、夹杂少,适于小型铸钢车间采用。
用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。
以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。含碳小于0.2%的为铸造低碳钢,含碳0.2%~0.5%的为铸造中碳钢,含碳大于0.5%的为铸造高碳钢。随着含碳量的增加,铸造碳钢的强度增大,硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性,成本较低,在重型机械中用于制造承受大负荷的零件,如轧钢机机架、水压机底座等;在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。
含有锰 、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%,具有较大的冲击韧性,并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能,能减小零件质量,提高使用寿命。
为适应特殊需要而炼制的合金铸钢,品种繁多,通常含有一种或多种的高量合金元素,以获得某种特殊性能。例如 ,含锰11%~14%的高锰钢能耐冲击磨损,多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件;以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢,用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件,如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。铸钢件1 铸件表面及近表面缺陷的检测
1 液体渗透检测 液体渗透检测用来检查铸件表面上的各种开口缺陷,如表面裂纹、表面针孔等肉眼难以发现的缺陷。常用的渗透检测是着色检测,它是将具有高渗透能力的有色(一般为红色)液体(渗透剂)浸湿或喷洒在铸件表面上,渗透剂渗入到开口缺陷里面,快速擦去表面渗透液层,再将易干的显示剂(也叫显像剂)喷洒到铸件表面上,待将残留在开口缺陷中的渗透剂吸出来后,显示剂就被染色,从而可以反映出缺陷的形状、大小和分布情况。需要指出的是,渗透检测的精确度随被检材料表面粗糙度增加而降低,即表面越光检测效果越好,磨床磨光的表面检测精确度最高,甚至可以检测出晶间裂纹。除着色检测外,荧光渗透检测也是常用的液体渗透检测方法,它需要配置紫外光灯进行照射观察,检测灵敏度比着色检测高。2 涡流检测 涡流检测适用于检查表面以下一般不大于6~7MM深的缺陷。涡流检测分放置式线圈法和穿过式线圈法2种。:当试件被放在通有交变电流的线圈附近时,进入试件的交变磁场可在试件中感生出方向与激励磁场相垂直的、呈涡流状流动的电流(涡流),涡流会产生一与激励磁场方向相反的磁场,使线圈中的原磁场有部分减少,从而引起线圈阻抗的变化。如果铸件表面存在缺陷,则涡流的电特征会发生畸变,从而检测出缺陷的存在,涡流检测的主要缺点是不能直观显示探测出的缺陷大小和形状,一般只能确定出缺陷所在表面位置和深度,另外它对工件表面上小的开口缺陷的检出灵敏度不如渗透检测。3 磁粉检测 磁粉检测适合于检测表面缺陷及表面以下数毫米深的缺陷,它需要直流(或交流)磁化设备和磁粉(或磁悬浮液)才能进行检测操作。磁化设备用来在铸件内外表面产生磁场,磁粉或磁悬浮液用来显示缺陷。当在铸件一定范围内产生磁场时,磁化区域内的缺陷就会产生漏磁场,当撒上磁粉或悬浮液时,磁粉被吸住,这样就可以显示出缺陷来。这样显示出的缺陷基本上都是横切磁力线的缺陷,对于平行于磁力线的长条型缺陷则显示不出来,为此,操作时需要不断改变磁化方向,以保证能够检查出未知方向的各个缺陷。2 铸件内部缺陷的检测 对于内部缺陷,常用的无损检测方法是射线检测和超声检测。其中射线检测效果最好,它能够得到反映内部缺陷种类、形状、大小和分布情况的直观图像,但对于大厚度的大型铸件,超声检测是很有效的,可以比较精确地测出内部缺陷的位置、当量大小和分布情况。
1 射线检测(微焦点XRAY) 射线检测,一般用X射线或γ射线作为射线源,因此需要产生射线的设备和其他附属设施,当工件置于射线场照射时,射线的辐射强度就会受到铸件内部缺陷的影响。穿过铸件射出的辐射强度随着缺陷大小、性质的不同而有局部的变化,形成缺陷的射线图像,通过射线胶片予以显像记录,或者通过荧光屏予以实时检测观察,或者通过辐射计数仪检测。其中通过射线胶片显像记录的方法是最常用的方法,也就是通常所说的射线照相检测,射线照相所反映出来的缺陷图像是直观的,缺陷形状、大小、数量、平面位置和分布范围都能呈现出来,只是缺陷深度一般不能反映出来,需要采取特殊措施和计算才能确定。现在出现应用射线计算机层析照相方法,由于设备比较昂贵,使用成本高,目前还无法普及,但这种新技术代表了高清晰度射线检测技术未来发展的方向。此外,使用近似点源的微焦点X射线系统实际上也可消除较大焦点设备产生的模糊边缘,使图像轮廓清晰。使用数字图像系统可提高图像 的信噪比,进一步提高图像清晰度。1、优点
铸钢件的优点之一是设计的灵活性,设计人员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由,特别是形状复杂和中空断面的零件,铸钢件可采用组芯这一独特的工艺来制造。其成形和形状改变却十分容易,从图样到成品的转化速度很快,有利于快速报价响应和交货期的缩短。形状和质量的完善化设计、最小的应力集中系数以及整体结构性最强等特点,都体现铸钢件设计的灵活性和工艺优势:
1)铸钢件冶金制造适应性和可变性强,可以选择不同的化学成分和组织控制,适应于各种不同工程的要求;可以通过不同的热处理工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能,并有良好的焊接性能和加工性能。
2)铸钢材料的各向同性和铸钢件整体结构性强,因而提高了工程可靠性。再加上减轻重量的设计和交货期短等优点,在价格和经济性方面具有竞争优势。
3)铸钢件的重量可在很大的范围内变动。重量小者可以是仅几十克的熔模精密铸件,而大型铸钢件的重量可达数吨、数十吨乃至数百吨。
2、缺点
(1)组织不均匀。液态金属注入铸模后与模壁首先接触的一层液态金属因温度下降最快,因此很快凝固成为较细晶粒。随着与模壁距离的增加,模壁影响逐渐减弱,晶体沿与模壁相垂直的方向生长成彼此平行的柱状晶体。在铸件的中心部位,散热已无显著的方向性,且可自由地朝各个方向生长直至彼此接触,故形成等轴晶区。由此可见,铸件内的组织是不均匀的,一般说来,晶粒比较粗大。
(2)组织不致密。液态金属的结晶以树枝生长方式进行,树枝间的液态金属最后凝固,但树枝间很难由金属液体全部填满,造成铸件普遍存在不致密性。此外,注入模中的液态金属在冷却中及凝固中如体积收缩而未获足够的补充,也可形成疏松甚至缩孔。铸铁件中的石墨往往以较大尺寸的片状、球状或其他形状出现,也可看成是一种不致密组织。
(3)表面粗糙。表面一般来说比较粗糙,不能与机加工表面相比,形状也较复杂。
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由于铸钢件的特点,几乎所有的工业部门都需要用铸钢件,在船舶和车辆、建筑机械、工程机械、电站设备、矿山机械及冶金设备、航空及航天设备、油井及化工设备等方面应用尤为广泛。至于铸钢件在各产业部门的应用,由于各国的具体条件不同,情况可能有较大的差异。
铸钢件的品种繁多,不胜枚举。现就几个主要的产业部门使用铸钢件的情况做简要说明。
1、电站设备
电站设备是高技术产品,其主要零件都在高负荷下长时间连续地运转,火电站和核电站设备中有不少零部件还需耐受高温和高压蒸汽的腐蚀,因而对零部件的可靠性有很严格的要求。铸钢件能最大限度地满足这些要求,在电站设备中广为采用。
2、铁路机车及车辆
铁路运输与人民的生命财产安全密切相关,因此。保证安全是至关重要的,机车车辆的一些关键部件,如车轮、侧架、摇枕、车钩等,都是传统的铸钢件。
铁路转辙用的辙岔是承受强烈冲击和磨擦的部件,工况条件极为恶劣,形状又很复杂。
3、建筑、工程机械及其他车辆
建筑机械和工程机械的工况条件都很差,大部分零件都承受高的负荷或需耐受冲击磨损,其中很大一部分是铸钢件,如行动系统中的主动轮、承重轮、摇臂、履带板等。
一般汽车很少用铸钢件,但特种越野车和重型货车的行动部分也用不少的铸钢件。
按照化学成分
一般的,低碳钢ZG15的熔点较高、
2.
根据合金元素总量的多少,合金铸钢可分为两
(1)低合金铸钢,我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用来制造齿轮、
(2)高合金铸钢,具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。如
(1)铸钢的熔炼。铸钢必须采用电炉熔炼,主要有电弧炉和感应电炉。根据炉衬材料和所用渣系的不同,义可分为酸性熔炉和碱性熔炉。碳钢和低合金钢可采用任何一种熔炉熔炼,但高合金钢只能采用碱性熔炉熔炼。
(2)铸造工艺。铸钢的熔点高,流动性差,钢液易氧化和吸气。同时,其体积收缩率为灰铸铁的2~3倍.因此,铸钢的铸造性能较差,容易产生浇不足、气孔、缩孔、热裂、黏砂、变形等缺陷。为防止上述缺陷的产生,必须在工艺上采取相应措施。
生产铸钢件用型砂应有高的耐火度和抗黏砂性,以及高的强度、透气性和退让性。原砂通常采用颗粒较大、均匀的硅砂;为防止黏砂,型腔表面多涂以耐火度更高的涂料;生产大件时多采用于砂型或水玻璃砂快于铸型。为了提高铸型强度、退让性,型砂中常加入各种添加剂。
在浇注系统和冒口的设计上。由于铸造碳钢倾向逐层凝固,收缩大,因此多采刚顺序凝固原则来设置浇注系统和冒口.以防止缩孔、缩松的出现。一般来说,铸钢件都要设置冒口。冷铁也应用较多。此外,应尽量采用形状简单、截面面积较大的底注式浇注系统,使钢液迅速、平稳地充满铸型。
(3)热处理。铸钢的热处理通常为退火或正火。退火主要用于w(C)≥0.35%或结构特别复杂的铸钢件,这类铸件塑性差,铸造应力大,铸件易开裂。正火主要用于w(C)≤0.35%的铸钢件,这类钢件碳含量低,塑性较好,冷却时不易开裂。
2011年1-10月份中国铸钢件产量为9020786吨,其中10月份铸钢件产量为970123.5吨。
2012年我国铸钢件总产量较2011年有所增长,这对于国内相关下游企业的需求有很大的帮助。据悉,2012年12月份,我国生产铸钢件量为99.99万吨,同比增长了1.34 %;2012年1月份至12月份,全国铸钢件生产总产量达到1106.8万吨,同比增长了11.56 %。
从各省市的铸钢件产量来看,2012年1月份至12月份,河南省铸钢件的总产量达到236.18万吨,同比增长了4.64 %,占全国总产量的21.34 %。紧随其后的是江苏省、辽宁省以及安徽省,分别占总产量的10.82 %、8.04 %以及6.91 %。
2012年,江苏铸钢件总产量为1198067.098吨,全年增长率为46.36%,其中十二月份铸钢件产量为78662.56吨,同比增长2.05%,总体产量呈增长趋势;
2012年,河南省铸钢件总产量为2361794.41吨,全年增长率为4.64%,其中十二月份铸钢件产量同期有所下降,产量为214066.79吨,同比下降4.03%,其总体产量呈增长趋势。
2012年,湖北省铸钢件总产量为221702.4吨,产量同比下降1.93%,其中12月份产量为24500.89吨,产量同比下降6.04%。
2012年1-12月份,广西铸钢件产量为572113.51吨。
去年,北京市铸钢件年产总量为10923.36吨,增长0.72%,其中,十二月份产量为1181.67吨,同比增长7.19%。
2012年,天津市铸钢件总产量43251.07吨,其中12月份产量为3861.32吨,同比产量下降24.59%。
2012年我国多数省区铸钢件产量都呈现下降趋势,以广东地区为例,去年一到十二月份全省铸钢件总产量为207464.08吨,同比铸钢件产量下降10.88%,其中十二月份铸钢件产量为19347.08吨,同比产量下降5.54%。
2013年1月份至2月份广西地区的铸钢件产量为34074.6吨,同比增长了0.02%,增长幅度不明显。
2013年1月份至2月份吉林省铸钢件为29338吨,同比下降34.24%,下降幅度较大,铸钢企业接单不佳,订单多以年前订单为主,整体市场疲软不堪。
2013年1-2月安徽省铸钢件为113911.77吨,同比下降1.99%。
2013年1-2月份四川地区铸钢件产量为102207.59吨,同比2012年下降了1.58%。
2013年1-2月我国铸钢件总产量为159.37万吨,同比2012年下降了3.89%,从各省市的产量来看,2013年1-2月河南省铸钢件的产量为36.95万吨,同比下降了12.43%,占全国总产量的23.19%。紧随其后的是江苏省、辽宁省和安徽省,分别占总产量的11.04%、9.60%和7.15%。
2013年1-2月宁夏铸钢件为6241.84吨,同比下降27.1%。
我国铸钢件总产量在2013年年初两个月的总产量为159.37万吨,同比2012年的下降了将近四个百分点,而从各省市铸钢件产量来看,年初宁夏铸钢件产量为6241.84吨,同比下降27.1%;河南省铸钢件的产量为36.95万吨,同比下降了12.43%,占全国总产量的23.19%;四川地区铸钢件产量为102207.59吨,同比2012年下降了1.58%;而安徽省铸钢件为113911.77吨,同比下降1.99%。
铸钢件在浇铸过程中产生的缺陷虽然与钢锭浇注产生的缺陷类似,但它们仍属工艺缺陷,常见的工艺缺陷有气孔、夹杂、缩孔、疏松和裂纹等。
(1)气孔(气泡):气孔(气泡)是由于金属液含气量过多,模型潮湿及透气性不佳而形成的空洞。铸件中的气孔分为单个分散气孔和密集气孔。
(2)夹杂:夹杂分为非金属夹杂和金属夹杂两类。非金属夹杂是冶炼时金属与气体发生化学反应形成的产物或浇注时耐火材料、型砂等混入钢液形成的夹杂物。金属夹杂是异种金属偶尔落入钢液中未能溶化而形成的夹杂物。
(3)缩孔:缩孔是由于金属液冷却凝固时体积收缩得不到补充而形成的缺陷。缩孔多位于浇冒口附近和截面最大部位或截面突变处。
(4)疏松:由于熔炼不良,铸模形状不适当等原因,在铸钢件壁厚的中部产生了细的晶界裂纹或者晶界中产生细微的空隙,而形成的疏松结构,这部分晶粒间的结合相当弱(在射线透照底片上形成云雾状暗影)。
(5)裂纹:裂纹是指钢液,冷却过程中由于低熔点杂质过多,加之内应力(热应力和组织应力)过大使铸件局部裂开而形成的缺陷。铸件截面尺寸突变处,应力集中严重,易出现裂纹。
综上所述,铸钢件中工艺缺陷的显著特点是形状复杂;铸钢件的使用缺陷主要是疲劳裂纹,包括机械疲劳裂纹和热疲劳裂纹。
1.超声波穿透性差
粗大的晶粒、不均匀的组织等的复杂界面,都增强了超声波的散射,能量衰减大,以致可探厚度比之锻件要小。
2.干扰杂波多
声波在不均匀、不致密组织和粗大晶粒界面上散射时,其散射信号强度较大,并为探头所接收;粗糙的铸造表面对声波反射会形成杂波;这些在示波屏上都会显示为杂乱的林状回波(也称之为草状回波),将可能淹没缺陷回波,妨碍缺陷回波的辨认。
3.表面耦合条件差
铸钢件表面粗糙,不利于声的耦合,表面硬度大,打磨较困难。
4.缺陷的定量较困难
由于铸钢件对声波的衰减大,缺陷形状复杂,以人工缺陷为基准的缺陷定量评定,误差较大,用计算的方法对缺陷定量难度更大。
以上所述正是铸件检测的困难所在,这些困难使铸件检测受到一定的限制。但另一方面由于铸件质量要求较低,允许存在单个缺陷尺寸较大,数量较多,同时铸件缺陷出现的部位规律性强,因此铸件检测还是具有一定的价值。
1)对于中小型铸件(特别是熔模精密铸件),其体积小、重量轻,加工量也少,可以在固定式磁粉探伤机上至少在两个大致垂直的方向磁化。最好采用直流或脉动直流电流,用湿法连续法检验。直接通电法、穿棒法、通磁法以及线圈法都是可以用的。
2)对于体积较大、较重的铸件,至少在两个大致垂直的方向对局部或分区进行磁化。最好采用直流或半波整流的便携式或移动式磁粉探伤机,用触头法或磁轭法,干法连续法或湿法连续法,对铸件局部或分区进行检测。检测一般应在两个互相垂直的方向上进行。
3)为了防止烧坏与电极接触的铸件,建议采取下列措施:当触头与铸件表面未完全接触时不接通电流,当电流已经断开时才取走触头。并且采用足够清洁和适宜的触头。对于经过机械加工的光洁表面,宜采用磁轭法。
4)铸钢件由于铸造应力的影响,有些裂纹(冷裂纹)会延迟开裂,所以不应在铸造后立即检测,而应在1~2天后再检测。
5)铸件缺陷如果超过验收标准被拒收,而又允许挖(铲)和补焊时,补焊区域也要注意控制延迟裂纹的产生。
6)检测时应凭肉眼,只有在001和01质量等级检测时可使用不超过3倍的放大镜。
对于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件,需要采用铸钢件。铸钢件的产量仅次于铸铁,约占铸件总产量的15%。
一、按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中以碳素铸钢应用最广,占铸钢总产量的80%以上。
1、碳素铸钢
一般的,低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差,仅用于制造电机零件或渗碳零件;中碳钢ZG25~ZG45,具有高于各类铸铁的综合性能,即强度高、有优良的塑性和韧性,因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件,如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等,是碳素铸钢中应用最多的一类;高碳钢ZG55的熔点低,其铸造性能较中碳钢的好,但其塑性和韧性较差,仅用于制造少数的耐磨件。
2、合金铸钢
根据合金元素总量的多少,合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。
1)低合金铸钢,我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件,而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。
2)高合金铸钢,具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。如高锰钢ZGMn13,是一种抗磨钢,主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件,如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等;铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等,对硝酸的耐腐蚀性很高,主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。
二、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的机械性能比铸铁高,但其铸造性能却比铸铁差。因为铸钢的熔点较高,钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大,其体收缩率为10~14%,线收缩为1.8~2.5%。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷,必须采取比铸铁复杂的工艺措施:
1、由于钢液的流动性差,为防止铸钢件产生冷隔和浇不足,铸钢件的壁厚不能小于8mm;浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大;采用干铸型或热铸型;适当提高浇注温度,一般为1520°~1600℃,因为浇注温度高,钢水的过热度大、保持液态的时间长,流动性可得到改善。但是浇温过高,会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件,其浇注温度约为钢的熔点温度+150℃;大型、厚壁铸件的浇注温度比其熔点高出100℃左右。
2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁,为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷,在铸造工艺上大都采用冒口和、冷铁和补贴等措施,以实现顺序凝固。
此外,为防止铸钢件产生缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷,应使其壁厚均匀、避免尖角和直角结构、在铸型用型砂中加锯末、在型芯中加焦炭、以及采用空心型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的退让性和透气性。
铸钢的熔点高,相应的其浇注温度也高。高温下钢水与铸型材料相互作用,极易产生粘砂缺陷。因此,应采用耐火度较高的人造石英砂做铸型,并在铸型表面刷由石英粉或锆砂粉制得的涂料。为减少气体来源、提高钢水流动性及铸型强度,大多铸钢件用干型或快干型来铸造,如采用CO2硬化的水玻璃砂型。
三、铸钢件的热处理
铸钢件均应在热处理后使用。因为铸态下的铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩孔和缩松、晶粒粗大、组织不均及残余内应力等铸造缺陷,使铸钢件的强度、尤其是塑性和韧性大大降低。
为细化晶粒、均匀组织及消除内应力,铸钢件必须进行正火或退火处理。正火处理后的钢,其机械性能较退火后的高,成本也较低,所以应用较多。但由于正火处理会引起较退火大的内应力,只适用于含碳量小于0.35%的铸钢件。因为低碳铸钢件的塑性好,冷却时不易开裂。为减小内应力,铸钢件在正火后,还应进行高温回火。对于含碳量≥0.35%的、结构复杂及易产生裂纹的铸钢件,只能进行退火处理。铸钢件不宜淬火,否则极易开裂。
四、铸钢的熔炼
铸钢的熔炼一般采用平炉,电弧炉和感应炉等。平炉的特点是容量大、可利用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼优质钢及低合金钢,多用于熔炼质量要求高的、大型铸钢件用的钢液。
三相电弧炉的开炉和停炉操作方便,能保证钢液的成分和质量、对炉料的要求不甚严格、容易升温,故能炼优质钢、高级合金钢和特殊钢等,是生产成型铸钢件的常用设备。
此外,采用工频或中频感应炉,能熔炼各种高级合金钢和碳含量极低的钢。感应炉的熔炼速度快、合金元素烧损小、能源消耗少、且钢液质量高,即杂质含量少、夹杂少,适于小型铸钢车间采用。
铸钢件造型工艺的基本原则:质量要求高的面或主要加工面应放在下面;大平面应放在下面;薄壁部分应放在下面;厚大部分应放在上面;应尽量减少砂芯的数量;应尽量采用平直的分型面。
铸钢件造型工艺的基本要求:木模:要求轮廓完整,无裂纹、无破损、无残缺,表面光洁,尺寸符合铸造工艺图纸要求,并经常进行尺寸校验。砂箱:砂箱的尺寸大小应根据木模规格确定,大、中型砂箱应焊接箱筋。
(1)冒口设置基本原则:根据铸件的结构和工艺要求正确选择冒口的形状、大小和安放位置;根据冒口的有效补缩范围合理地确定冒口数量;
(2)冒口设置基本要求:对于壁厚不均匀的铸件,每个热节部位都必须设置冒口;应尽量设置在铸件被补缩部位的顶部或近旁;当铸件在不同高度上有热节需要补缩时,可设置多个冒口,但各冒口的补缩区必须隔开;冒口最好不设置在铸件重要的或受力较大的部位;应尽量使内浇道通过冒口;冒口应尽量不设置在铸件应力集中处;冒口最好设置在铸件需要机械加工的表面上。
冷轧机是冷轧带钢的主体轧制设备,其机架主要采用铸钢制造,但铸钢件在制造的过程中通常会发生各种铸造缺陷,虽然要对缺陷进行修复,然而修复起来还大有学问。
首先,修复方法,采用焊接修复其方式主要是手工电弧焊、气体保护焊或者氩弧焊;其次,清除方法,清除方法主要针对内部缺陷和表面缺陷,内部缺陷采用铣床加工的方法,表面缺陷,对于点状分散表面缺陷选择手枪钻或镗铣床加工方法挖除,对于砂眼则采取先用洋冲对砂眼敲击使之疏松,再用合金磨头打磨除去,对于聚集成块区域的,用镗铣床加工去除。最后清除干净进行焊接。精加工后表面仍有微小缺陷的可采用氩弧焊直接对这些区域进行补焊,然后抛光。通过以上方式可以修复冷轧机架铸钢件的常见缺陷。
铸钢件清理注意事项及其要求:
铸钢件在未完全凝固前,不能搬动铸件,也不准在600℃以上喷水强冷。铸件一般经自然冷却2-3小时后进行清件。
(一)工作流程
清理铸件表面、型腔废砂→气割铸件浇口、冒口、毛刺→再次清理铸件残砂→焊补铸件→打磨铸件→质量验收
(二)操作方法及质量标准
1、准备工作
按照要求佩戴好劳保用品,并对工作环境进行安全确认;准备好所用机器设备和工具,并认真检查,确保机器设备、工具完好,能正常、安全运行和使用。
2、正常操作
(1)利用风镐或水清砂机进行铸件废砂清理。
(2)铸件废砂清理完毕,按照《气割安全技术操作规程》操作割枪,切割铸件浇口、冒口、飞边、毛刺。
(3)铸件切割完毕,符合要求。按照《电焊工安全技术操作规程》操作电焊机,对铸件残缺部位进行焊补,确保铸件完整。
(4)焊补完毕,复合工艺要求。利用砂轮机对铸件切割、焊补等部位进行打磨处理,保证切割部位和焊补部位光洁、平整。
(5)打磨完毕,进行验收,准备热处理
浇注工艺是铸钢件整个生产流程中至关重要的一个环节,如果该环节没有处理得当铸造出合格的铸钢件很困难,因此在铸钢件生产中,应该严格按照要求来进行浇注环节各项操作。
首先,在浇注前企业应该做足准备工作,以保证后续的浇注操作能够顺利进行。浇注前准备工作包括:a. 清理浇注场地,保证浇注流程安全顺利完成。b. 检查浇包的修理质量、烘干预热情况及运输与倾转机构的灵活性和可靠牲;c. 了解浇注合金的种类,估算待浇注铸型的数量和所需金属液的重量,防止浇注中存在金属液不足、铸型数量不够的现象。
为了获得合格的铸钢件,严格控制浇注温度、浇注速度,严格遵守浇注操作规程很关键。
(1)就浇注温度而言,浇注温度对铸件质量影响很大,应该根据合金种类、铸件结构和铸型特点确定合理的浇注温度范围。根据碳钢的型号选择合理的浇注温度,一般浇注温度在1540-1580℃(浇包内钢水温度)之间。
(2)就浇注速度而言,在保证型腔内的气体排出顺畅的条件下,对要求同时凝固的铸件可采用较高浇注速度,对要求实现顺序凝固的铸件,尽可能采用较低的浇注速度。
(3)就浇注操作要求而言一般需要按照以下几点来遵守:a.浇注大、中型铸钢件,钢水要在钢包内静置1-2min镇静后进行浇注。b. 浇注后待铸件凝固完毕,要及时卸除压铁和箱卡,以减少铸件收缩阻力,避免铸件产生裂纹缺陷。
消失模铸造中,铸钢件增碳缺陷的防治可从以下几个方面展开:
(1)选用低密度模料。采用EPS时模样密度控制在0.016~0.025克每立方厘米,改用低碳模料EPS(C8H8)改为EPMMA(C5H8),这样减少模样的含碳量。也可以采用空心结构的模样和空心结构浇注系统。
(2) 适宜的浇注温度和浇注速度,浇注系统的开设决定着钢液流向和速度;浇注温度提高,浇注速度也提高,模料分解加快,不易完全气化,产物中液相量也增加,同时,钢液与模样的间隙减少,液相分解物常被挤出间隙,挤到涂层和金属业之间,造成接触面增加,碳浓度增加,这些区域渗碳量就增加。
(3)选择合理浇注工艺。铸型及浇注工艺设计要能加速模料气化,减少及错开其分解产物中液相和固相接触和反应时间,可减少或避免钢件渗碳。
(4)提高涂层或干砂铸型的透气性,其透气性越好,模料分解的产物逸出越快,从而降低了钢液和模样的间隙中分解物浓度和接触时间。
(5)在模样中加入添加剂(脱碳剂)防止铸钢件渗碳。
(6)采用精塑模符合铸造工艺。
(7)使用防渗碳涂料。
铸钢件主要应用于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件。其产量仅次于铸铁,约占铸件总产量的15%。
铸钢的机械性能比铸铁高,但其铸造性能却比铸铁差。因为铸钢的熔点较高,钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大,其体收缩率为10~14%,线收缩为1.8~2.5%。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷,必须采取比铸铁复杂的工艺措施:
1、由于钢液的流动性差,为防止铸钢件产生冷隔和浇不足,铸钢件的壁厚不能小于8mm;浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大;采用干铸型或热铸型;适当提高浇注温度,一般为1520°~1600℃,因为浇注温度高,钢水的过热度大、保持液态的时间长,流动性可得到改善。但是浇温过高,会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。
因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件,其浇注温度约为钢的熔点温度+150℃;大型、厚壁铸件的浇注温度比其熔点高出100℃左右。
2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁,为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷,在铸造工艺上大都采用冒口和、冷铁和补贴等措施,以实现顺序凝固。
此外,为防止铸钢件产生缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷,应使其壁厚均匀、避免尖角和直角结构、在铸型用型砂中加锯末、在型芯中加焦炭、以及采用空 心型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的退让性和透气性。
安全生产技术
安全技术措施 编制: 审核: 核准: 重庆澄江建设工程有限责任公司 2009 年 11月 安全生产技术措施 (一)安全生产技术管理的任务 为了消除事故的根源, 保护工人的安全健康, 就要进行分析研究, 采取相应的技术措施和组织措施, 这就是安全生产技术, 因为工人在 生产活动中处于不同的生产环境及不同的劳动条件下, 使用着不同的 生产工具,采用着不同的工艺过程, 在某些方面可能存在着有害于人 身健康和安全的因素。所以安全生产技术管理是必要的, 不容忽视的。 安全生产技术管理的基本任务是: (1)分析生产过程中引起伤亡事故的原因,采取各种安全技术措 施,改善劳动条件,消除事故隐患,预防事故发生。 (2)掌握与积累各种资料,以便作为制定有关安全法令、规程、 标准、规范、制度等法定性文件的依据。 (3)编写对工人进行安全生产教育和安全技术学习的资料。 (4)研究并制定分析伤亡事故的办法。 (二)
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铸钢件 生产铸钢件 大型铸钢件 铸钢件厂家电话 铸钢件加工产品的表面处理,可以用喷砂、砂轮打磨,或者 用机械加工的方法, 清除妨碍探伤的附着物。 铸钢件加工应在外 观检查合格后进行超声探伤, 铸钢件探测面其背面影响超声检测 的物质应予清除。 当被检测铸钢件的探伤面较粗糙时, 可以使用 有软保护膜的探头。 铸钢件主要用于机器零部件的毛坯或者直接 用作机器零部件。 机械产品中铸件开始越来越占比例, 用量也是 逐年增加 ,铸钢件的形状、品种也在不断变化。 国内铸钢件加工企业的节能减排工作任务非常紧迫, 势在必 行。推动我国铸钢件加工的节能减排工作应从技术改造和政策引 导两方面入手。 ①铸钢件在技术改造方面: 要着力提高铸钢件加工质量, 改 造落后设备, 推广使用节能减排设备, 提高企业的铸造工艺技术 水平。 ②在政策引导方面:一要加快产业结构调整。 生产的铸钢件有良好的机械操作特性、 物理特性,
《大型铸钢件—通用技术规范》(GB/T 37681-2019)制定将填补大型铸钢件通用技术规范标准的空白,规范大型铸钢件的设计、订货、选材、制造、检测方法选用、检验规则、验收交货等通用技术要求,促进大型铸钢件各项通用技术要求与国际接轨,促进中国大型铸钢件材料标准系统化和规范化,提高中国大型铸钢件的国际竞争力,支撑中国装备走出去。
摘 要:本工艺铸钢件指碳含量≤0.23%的碳钢、碳锰钢,适用于屈服强度≤240kPa,抗拉强度级≤480kPa的船用铸钢件,如ZG200~400,ZG230~450,ZG240~480,20Mn5等,主要用于舵叶、挂舵臂、锚唇、艏艉柱等。
1、试验内容
1.1 船用铸钢件性能研究
试验用钢为某钢铁公司生产的厚50mm的240~480铸钢,其化学成分见表1,主要力学性能见表2 。
1.2 焊接材料的选择
考虑焊接接头的强度及韧性等各项综合性能的要求,对铸钢件定位焊和焊接时应选用相应匹配的3Y低氢焊材,其性能要求见表3,如焊条J507(E5015),CO2气体保护焊SQJ501焊丝等。
1.3 单边坡口焊接工艺评定试验
试验为了控制坡口精度,确保焊接合格率,铸钢件采用机加工,以减少人为气割或碳弧气刨引起的坡口不均匀或夹碳现象。本次试验采用船舶行业焊接难度较高的单边坡口单面对接焊缝,位置为横、立,如图1所示,采用300mm 长试样,反面采用陶瓷衬垫。
图1 坡口示意图
现实生产中,受环境因素和装配的影响,可能存在需气割或碳弧气刨,当使用气割和碳弧气刨时,应将该区域100mm内缓慢加热至150 ~200℃,然后进行气割或碳弧气刨,采用碳弧气刨时确保压缩空气干燥。
近表面缺陷可用磁粉探伤或着色探伤确定缺陷的位置、大小和数量。缺陷深度≤1mm时,可直接用磨光机磨除;缺陷深度>1mm时,可采用机加工、批凿、打磨、气割和碳弧气刨后补焊,焊后可采用局部消除应力热处理。热处理后应在原焊补处打磨光滑并用无损检测进一步复查,以确保缺陷完全消除。
1.4 焊前预热
预热主要是减缓焊后的冷却速度,有利于焊缝金属中扩散氢的逸出,减少焊缝及热影响区的淬硬程度,降低焊接应力和焊接结构的拘束度,提高焊接接头的抗裂性。装配定位焊时使用氧乙炔火焰加热,而焊接时必须采用电加热器加热,注重预热效果,尽量采用陶质或防火岩棉的加热片。加热方式如图2所示。
图2 加热示意图
预热温度应在100~200℃的区间,预热在坡口两侧200mm范围内,加热应缓慢进行,速度60~100℃/h,即铸钢件最低预热时间不得小于1 小时。测量温度应距焊缝中心75mm处,有条件的情况下尽量测量预热的背面,电加热器必须派专人接线、使用、维修、保养,注意使用过程中的安全,预防触电和烫伤。
1.5 焊接过程控制
在试验时为确保焊接质量的可追溯性,采用点温测量仪实时记录温度的变化,当不断填充焊接时,试样在空气中降温速度也逐渐放缓。在填充第5道焊缝后,立即测量,在焊缝熔合线处温度达到最高值,焊后4分钟(清理焊道药渣时间),再次测量,发现在热影响区,距焊缝10~30mm之间温度场达到最高值,温度通过热传递现象,最高点在慢慢向外围扩散,如图3所示。
经不断试验发现,当焊缝层间温度处150~ 250℃的区间,符合船舶铸钢焊接工艺。当不考虑热影响区的温度继续焊接后,经做弯曲试验,发现在母材热影响区试样直接断裂,出现母材脆化现象。当通过控制母材热影响区的温度,使之处于150~200℃区间焊接后,经弯曲试验,未出现母材脆化。拉伸、冲击也符合船舶建造工艺要求。
图3 温度分布图
在生产中,为确保焊接有可追溯性,应详细记录焊前预热温度、层间温度、焊后热处理温度等。焊接时层间温度、热影响区不得小于预热温度,最高不得大于250℃。当温度大于200℃时,加热片应立即停止加热。
考虑到焊缝长短的情况,当焊缝大于1m时,尽量安排多名焊工焊接,每1m焊缝中必须安排一名焊工焊接。应一次焊接完成,尽量避免隔夜二次预热。焊接需从中间向四周焊接,先焊对接缝,后焊角焊缝的顺序进行,当有自由端对接焊缝时,应先焊自由端焊缝,角焊缝先焊立角焊,后焊平角焊。
当焊缝较短时,尤其要注意,因为生产人员经常重视生产而忽视质量,由于焊缝较短,焊完一道后,温度还较高,这就需要检验人员实时监督,以防温度过高,又继续焊接。多层焊时每层焊道的焊接方向要一致,各层的焊接方向可以相反,焊道的接头应互相错开,错开距离不小于30mm。
除打底层厚度4~6mm外,其余每层厚度控制在3~4mm。建议焊缝宽度,平焊缝≤16mm,其它位置≤25mm。焊接完毕,应立即检查焊缝外观质量,对表面成形不符合要求的焊缝,在保证层间温度≥100℃的前提下,立即进行修补,修补长度不得小于50mm。
合理的焊接工艺参数,是保证焊接质量的重要指标,焊接时应严格按照焊接工艺参数焊接,打底电流应小于200A,禁止大电流操作,具体焊接参数见表4所示。
1.6 焊后热处理
焊接完毕,应立即将温度加到200~250℃,进行低温回火处理,回火完毕后,用防火岩棉覆盖,使其缓冷,保温时间按板厚确定但不少于2小时[1]。
2、结束语
通过多次对铸钢件的横焊、立焊位置FCAW 焊接工艺试验,选择以上合理的控制流程,该工艺能够满足生产和船级社标准的质量要求,目前在我企业应用,未出现任何质量问题。
口岸船舶有限公司 顾彬彬 杨 莉
文章来源:现代焊接
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精彩回顾
2021年10月11日,《铸钢件焊接工艺评定规范》发布。
2022年5月1日,《铸钢件焊接工艺评定规范》实施。