铸钢件的生产

TOT一笑而过

　　铸钢优点：力学性能高，特别是塑性和韧度比铸铁高，如σb=400~650N/mm2，δ=10%~25%，αKU=20~60J/cm2。焊接性能优良，适于采用铸、焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。
: O- J& g0 H- Q8 L3 c. F2 f　　铸钢用途：承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。
　　铸钢分类：碳素铸钢、低合金铸钢和高合金铸钢等。
/ U& H# W: M* t4 P! q% z　　(一)铸钢的铸造工艺特点
　　铸造性能差：熔点高，钢液易氧化;流动性差;收缩较大，体收缩约为灰铸铁的三倍，线收缩约为灰铸铁的两倍。因此铸钢较铸铁铸造困难，为保证铸件质量，避免出现缩孔、缩松、裂纹、气孔和夹渣等缺陷，必须采取更为复杂的工艺措施。
　　(1)型砂的强度、耐火度和透气性要高
3 E  K2 ]& |* P6 [! b　　原砂要采用耐火度很高的人造石英砂。中、大件的铸型一般都采用强度较高的CO2硬化水玻璃砂型和粘土干砂型。为防止粘砂，铸型表面应涂刷一层耐火涂料。
1 I5 m! Q) j' k' Z8 u, p　　(2)使用补缩冒口和冷铁，实现定向凝固
　　补缩冒口一般为铸件质量的25%~50%，造型和切割冒口的工作量大。如图1-56所示为ZG230-450齿圈的铸造工艺方案。该齿圈尽管壁厚均匀，但因壁厚较大(80mm)，心部的热节处(整圈)极易形成缩孔和缩松，铸造时必须保证对心部的充分补缩。由于冒口的补缩距离有限，为此，除采用三个冒口外，在各冒口间还须安放冷铁，使齿圈形成三个独立的补缩区。浇入的钢液首先在冷铁处凝固，形成朝着冒口方向的定向凝固，使齿圈上各部分的收缩都能得到金属液的补充。
5 Z# S( L4 C! B4 T$ K　　(3)严格掌握浇注温度，防止过高或过低
$ H0 L( ^1 \! S. ^7 p) u% X　　低碳钢(流动性较差)、薄壁小件或结构复杂不容易浇满的铸件，应取较高的浇注温度;高碳钢(流动性较好)、大铸件、厚壁铸件及容易产生热裂的铸件，应取较低的浇注温度。一般为1500~1650℃。
0 ^( i/ {3 f" ~' B0 F　　(二)铸钢的热处理
$ N2 o0 P1 U: Z' Y4 e) R( n　　在铸件内部存在很多缺陷(缩孔、缩松、裂纹、气孔等)以及金相组织缺点，如晶粒粗大和魏氏组织(铁素体成长条形状分布在晶粒内部)，使塑性大大降低，力学性能比锻钢件差，特别是冲击韧度低。此外铸钢件内存在较大的铸造应力。
* K0 x- i' T* x3 o　　目的：细化晶粒、消除魏氏组织、消除铸造应力、提高力学性能。
　　工艺：退火和正火处理。退火适于wC≥0.35%或结构特别复杂的铸钢件。因这类铸件塑性较差，残留铸造应力较大，铸件易开裂;正火适用于wC<0.35%的铸钢件，因这类铸件塑性较好，冷却时不易开裂。铸钢正火后的力学性能较高，生产效率也较高，但残留内应力较退火后的大。为进一步提高铸钢件的力学性能，还可采用正火加高温回火。铸钢件不宜淬火，淬火时铸件极易开裂。
　　(三)铸钢的熔炼
　　熔炼是铸钢生产中的重要环节，钢液的质量直接关系到铸钢件的质量。
　　冶炼设备：电弧炉、平炉和感应电炉等。电弧炉用得最多，平炉仅用于重型铸钢件，感应电炉主要用于合金钢中、小型铸件的生产。
9 P! L; f9 B- J8 h* R5 w' b　　1.电弧炉炼钢
　　利用电极与金属炉料间电弧产生的热量来熔炼金属，如图1-57所示。炉子容量从1~15吨。钢液质量较高，熔炼速度快，一般为2~3小时一炉，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金等。其它材料有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。
3 m9 s, @1 J8 I9 z3 R　　2.感应电炉炼钢
' N* h) o1 I9 L3 q8 P4 ^, h　　在精密铸造和高合金钢铸造中应用最普遍。感应电炉的构造如图1-58所示。利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料及钢液产生感应电流发出热量使炉料熔化的。
( X9 z( Y1 p; P4 h& D　　优点：加热速度较快，热量散失少，热效率较高，氧化熔炼损耗较小，吸收气体较少;
: C  T/ e6 ^- ]- R: Q9 H　　缺点：炉渣温度较低，化学性质不活泼，不能充分发挥炉渣在冶炼过程中的作用，基本上是炉料的重熔过程。
  t! _$ z. x' }  t& b0 m　　感应电炉的类型：高频感应电炉，频率1000Hz以上，容量一般在100kg以下;中频感应电炉，频率500~300Hz之间，容量一般是60~1000kg;工频感应电炉，工业频率50Hz，容量一般是100~10000kg。
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