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铸钢件的加工工艺及技术

铸钢件是用铸造方法获得的金属物件,即把熔炼好的液态金属,用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先预备好的铸型中,冷却后经落砂、清理(见铸件清理)和后处理(见铸件后处理),所得到的具有一定外形,尺寸和性能的物件。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%。 
铸钢加工
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所制造成的涂料。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。 
铸钢加工

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。

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