铸钢件

一、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。

二、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。

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。

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。

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。

检测难点

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。

检测方法

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。