碳素鑄鋼

碳素鑄鋼與鑄鐵相比，其鑄造性能較差。碳素鑄鋼的凝固點(diǎn)較高、流動(dòng)性較差、凝固收縮大、吸氣性較大，所以容易形成氣孔、夾渣、縮孔、疏松、熱裂、冷裂和冷隔。為了改善流動(dòng)性可采用較高的澆鑄溫度，為了補(bǔ)償凝固收縮要用較大的澆鑄冒口。

碳素鑄鋼件由于鑄態(tài)塑性和韌性低，不宜直接使用。為了改善碳素鑄鋼件的性能常須進(jìn)行熱處理，以細(xì)化晶粒、消除魏氏組織和鑄造應(yīng)力，提高力學(xué)性能。形狀較復(fù)雜，容易引起變形、開裂的碳素鑄鋼件要進(jìn)行退火;形狀較簡(jiǎn)單，壁厚不太大的碳素鑄鋼件要進(jìn)行正火;尺寸較大的碳素鑄鋼件一般采用正火后回火處理;形狀簡(jiǎn)單而要求較高力學(xué)性能的碳素鑄鋼件要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理前一般進(jìn)行退火或正火，有的采用鑄態(tài)直接調(diào)質(zhì)。后者工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，成本低。熱處理加熱時(shí)，尺寸較大或形狀復(fù)雜的碳素鑄鋼件升溫速度不宜過快，不然碳素鑄鋼件容易引起變形或開裂。大型碳素鑄鋼件的升溫速度一般限制在50~100℃/h，小型的可以控制在100~200℃/h。碳素鑄鋼件的退火和正火溫度要比相應(yīng)牌號(hào)的碳素鋼熱加工件適當(dāng)高一些，保溫時(shí)間要適當(dāng)長(zhǎng)一一些，以保證成分和組織均勻。

按中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11352-89，一般工程用碳素鑄鋼件分為5個(gè)牌號(hào)，其中ZG200-400主要用于制作各種機(jī)座、變速箱殼等;ZG230-450用于制作軸承蓋、各種外殼、閥體等;ZG270-500用于制作軋鋼機(jī)架、軸承座等;ZG310-570用于制作輥?zhàn)?、缸體、大齒輪等;ZG340一640主要用于制作齒輪、棘輪、叉頭等。

鑄造成形用碳素鋼。它廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、機(jī)車車輛、船舶、水壓機(jī)、水輪機(jī)等大型鋼制零件和其他形狀復(fù)雜的鋼制零件。

碳素鑄鋼件在鑄型中的冷卻速度一般都較慢，所以組織特點(diǎn)是晶粒粗大且不均勻。碳素鑄鋼件尺寸一般較大，且不需鍛壓加工，所以碳素鑄鋼件偏析較明顯，較普遍地存在樹枝狀、柱狀、網(wǎng)狀組織和魏氏組織。碳素鑄鋼件的內(nèi)應(yīng)力較大，力學(xué)性能較差，特別是斷面收縮率和沖擊韌性低。但是因?yàn)樘妓罔T鋼件成形方法簡(jiǎn)單，加工方便，所以碳素鑄鋼的用途十分廣泛。

碳素鑄鋼的鑄造技術(shù)與工藝對(duì)于強(qiáng)度、塑性和韌性要求更高的機(jī)器零件，需要采用鑄鋼件。鑄鋼件的產(chǎn)量?jī)H次于鑄鐵，約占鑄件總產(chǎn)量的15%。

分類

按照化學(xué)成分鑄鋼可分為碳素鑄鋼和合金鑄鋼兩大類。其中以碳素鑄鋼應(yīng)用最廣，占鑄鋼總產(chǎn)量的80%以上。 1、碳素鑄鋼 一般的，低碳鋼ZG15的熔點(diǎn)較高、鑄造性能差，僅用于制造電機(jī)零件或滲碳零件;中碳鋼ZG25~ZG45，具有高于各類鑄鐵的綜合性能，即強(qiáng)度高、有優(yōu)良的塑性和韌性，因此適于制造形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和韌性要求高的零件，如火車車輪、鍛錘機(jī)架和砧座、軋輥和高壓閥門等，是碳素鑄鋼中應(yīng)用最多的一類;高碳鋼ZG55的熔點(diǎn)低，其鑄造性能較中碳鋼的好，但其塑性和韌性較差，僅用于制造少數(shù)的耐磨件。 2、合金鑄鋼 根據(jù)合金元素總量的多少，合金鑄鋼可分為兩低合金鋼和高合金鋼大類。

1)低合金鑄鋼，我國(guó)主要應(yīng)用錳系、錳硅系及鉻系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用來(lái)制造齒輪、水壓機(jī)工作缸和水輪機(jī)轉(zhuǎn)子等零件，而ZG40Cr1常用來(lái)制造高強(qiáng)度齒輪和高強(qiáng)度軸等重要受力零件。

2)高合金鑄鋼 ，具有耐磨、耐熱或耐腐蝕等特殊性能。如高錳鋼ZGMn13，是一種抗磨鋼，主要用于制造在干磨擦工作條件下使用的零件，如挖掘機(jī)的抓斗前壁和抓斗齒、拖拉機(jī)和坦克的履帶等;鉻鎳不銹鋼ZG1Cr18Ni9和鉻不銹鋼ZG1Cr13和ZGCr28等，對(duì)硝酸的耐腐蝕性很高，主要用于制造化工、石油、化纖和食品等設(shè)備上的零件。

工藝特點(diǎn)

鑄鋼的鑄造工藝特點(diǎn) 鑄鋼的機(jī)械性能比鑄鐵高，但其鑄造性能卻比鑄鐵差。因?yàn)殍T鋼的熔點(diǎn)較高，鋼液易氧化、鋼水的流動(dòng)性差、收縮大，其體收縮率為10~14%，線收縮為1.8~2.5%。為防止鑄鋼件產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮孔和縮松、裂紋及粘砂等缺陷，必須采取比鑄鐵復(fù)雜的工藝措施:

1、由于鋼液的流動(dòng)性差，為防止鑄鋼件產(chǎn)生冷隔和澆不足，鑄鋼件的壁厚不能小于8mm;澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、且截面尺寸比鑄鐵的大;采用干鑄型或熱鑄型;適當(dāng)提高澆注溫度，一般為1520°~1600℃，因?yàn)闈沧囟雀?，鋼水的過熱度大、保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)性可得到改善。但是澆溫過高，會(huì)引起晶粒粗大、熱裂、氣孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形狀復(fù)雜的鑄件，其澆注溫度約為鋼的熔點(diǎn)溫度+150℃;大型、厚壁鑄件的澆注溫度比其熔點(diǎn)高出100℃左右。

2、由于鑄鋼的收縮大大超過鑄鐵，為防止鑄件出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，在鑄造工藝上大都采用冒口和、冷鐵和補(bǔ)貼等措施，以實(shí)現(xiàn)順序凝固。 此外，為防止鑄鋼件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和裂紋缺陷，應(yīng)使其壁厚均勻、避免尖角和直角結(jié)構(gòu)、在鑄型用型砂中加鋸末、在型芯中加焦炭、以及采用空 心型芯和油砂芯等來(lái)改善砂型或型芯的退讓性和透氣性。

(1)鑄鋼的熔點(diǎn)高，相應(yīng)的其澆注溫度也高。高溫下鋼水與鑄型材料相互作用，極易產(chǎn)生粘砂缺陷。因此，應(yīng)采用耐火度較高的人造石英砂做鑄型，并在鑄型表面刷由石英粉或鋯砂粉制得的涂料。為減少氣體來(lái)源、提高鋼水流動(dòng)性及鑄型強(qiáng)度，大多鑄鋼件用干型或快干型來(lái)鑄造，如采用CO2硬化的水玻璃砂型。

碳素鑄鋼件的熱處理

鑄鋼件均應(yīng)在熱處理后使用。因?yàn)殍T態(tài)下的鑄鋼件內(nèi)部存在氣孔、裂紋、縮孔和縮松、晶粒粗大、組織不均及殘余內(nèi)應(yīng)力等鑄造缺陷，使鑄鋼件的強(qiáng)度、尤其是塑性和韌性大大降低。 為細(xì)化晶粒、均勻組織及消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件必須進(jìn)行正火或退火處理。正火處理后的鋼，其機(jī)械性能較退火后的高，成本也較低，所以應(yīng)用較多。但由于正火處理會(huì)引起較退火大的內(nèi)應(yīng)力，只適用于含碳量小于0.35%的鑄鋼件。因?yàn)榈吞艰T鋼件的塑性好，冷卻時(shí)不易開裂。為減小內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件在正火后，還應(yīng)進(jìn)行高溫回火。對(duì)于含碳量≥0.35%的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及易產(chǎn)生裂紋的鑄鋼件，只能進(jìn)行退火處理。鑄鋼件不宜淬火，否則極易開裂。

碳素鑄鋼的熔煉

鑄鋼的熔煉一般采用平爐，電弧爐和感應(yīng)爐等。平爐的特點(diǎn)是容量大、可利用廢鋼作原料、能準(zhǔn)確控制鋼的成分并能熔煉優(yōu)質(zhì)鋼及低合金鋼，多用于熔煉質(zhì)量要求高的、大型鑄鋼件用的鋼液。 三相電弧爐的開爐和停爐操作方便，能保證鋼液的成分和質(zhì)量、對(duì)爐料的要求不甚嚴(yán)格、容易升溫，故能煉優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)合金鋼和特殊鋼等，是生產(chǎn)成型鑄鋼件的常用設(shè)備。 此外，采用工頻或中頻感應(yīng)爐，能熔煉各種高級(jí)合金鋼和碳含量極低的鋼。感應(yīng)爐的熔煉速度快、合金元素?zé)龘p小、能源消耗少、且鋼液質(zhì)量高，即雜質(zhì)含量少、夾雜少，適于小型鑄鋼車間采用。

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