鑄鋼的鑄造技術與工藝

鑄鋼的鑄造技術與工藝

鑄鋼的鑄造技術與工藝對于強度、塑性和韌性要求更高的機器零件，需要采用鑄鋼件。鑄鋼件的產量僅次于鑄鐵，約占鑄件總產量的15%。 

一、按照化學成分鑄鋼可分為碳素鑄鋼和合金鑄鋼兩大類。其中以碳素鑄鋼應用Z廣，占鑄鋼總產量的80%以上。 
1、碳素鑄鋼 
    一般的，低碳鋼ZG15的熔點較高、鑄造性能差，僅用于制造電機零件或滲碳零件；中碳鋼ZG25～ZG45，具有高于各類鑄鐵的綜合性能，即強度高、有優良的塑性和韌性，因此適于制造形狀復雜、強度和韌性要求高的零件，如火車車輪、鍛錘機架和砧座、軋輥和高壓閥門等，是碳素鑄鋼中應用Z多的一類；高碳鋼ZG55的熔點低，其鑄造性能較中碳鋼的好，但其塑性和韌性較差，僅用于制造少數的耐磨件。 
2、合金鑄鋼 
    根據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，我國主要應用錳系、錳硅系及鉻系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用來制造齒輪、水壓機工作缸和水輪機轉子等零件，而ZG40Cr1常用來制造高強度齒輪和高強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，如挖掘機的抓斗前壁和抓斗齒、拖拉機和坦克的履帶等；鉻鎳不銹鋼ZG1Cr18　Ni　9和鉻不銹鋼ZG1Cr13和ZGCr28等，對硝酸的耐腐蝕性很高，主要用于制造化工、石油、化纖和食品等設備上的零件。 

二、鑄鋼的鑄造工藝特點 
    鑄鋼的機械性能比鑄鐵高，但其鑄造性能卻比鑄鐵差。因為鑄鋼的熔點較高，鋼液易氧化、鋼水的流動性差、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，必須采取比鑄鐵復雜的工藝措施： 
1、由于鋼液的流動性差，為防止鑄鋼件產生冷隔和澆不足，鑄鋼件的壁厚不能小于8mm；澆注系統的結構力求簡單、且截面尺寸比鑄鐵的大；采用干鑄型或熱鑄型；適當提高澆注溫度，一般為1520°～1600℃，因為澆注溫度高，鋼水的過熱度大、保持液態的時間長，流動性可得到改善。但是澆溫過高，會引起晶粒粗大、熱裂、氣孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形狀復雜的鑄件，其澆注溫度約為鋼的熔點溫度+150℃；大型、厚壁鑄件的澆注溫度比其熔點高出100℃左右。 
2、由于鑄鋼的收縮大大超過鑄鐵，為防止鑄件出現縮孔、縮松缺陷，在鑄造工藝上大都采用冒口和、冷鐵和補貼等措施，以實現順序凝固。 
此外，為防止鑄鋼件產生縮孔、縮松、氣孔和裂紋缺陷，應使其壁厚均勻、避免尖角和直角結構、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改善砂型或型芯的退讓性和透氣性。                   
（1）鑄鋼的熔點高，相應的其澆注溫度也高。高溫下鋼水與鑄型材料相互作用，極易產生粘砂缺陷。因此，應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。為減少氣體來源、提高鋼水流動性及鑄型強度，大多鑄鋼件用干型或快干型來鑄造，如采用CO2硬化的水玻璃砂型。 

三、 鑄鋼件的熱處理 
    鑄鋼件均應在熱處理后使用。因為鑄態下的鑄鋼件內部存在氣孔、裂紋、縮孔和縮松、晶粒粗大、組織不均及殘余內應力等鑄造缺陷，使鑄鋼件的強度、尤其是塑性和韌性大大降低。 
    為細化晶粒、均勻組織及消除內應力，鑄鋼件必須進行正火或退火處理。正火處理后的鋼，其機械性能較退火后的高，成本也較低，所以應用較多。但由于正火處理會引起較退火大的內應力，只適用于含碳量小于0.35%的鑄鋼件。因為低碳鑄鋼件的塑性好，冷卻時不易開裂。為減小內應力，鑄鋼件在正火后，還應進行高溫回火。對于含碳量≥0.35%的、結構復雜及易產生裂紋的鑄鋼件，只能進行退火處理。鑄鋼件不宜淬火，否則極易開裂。 

四、 鑄鋼的熔煉 
    鑄鋼的熔煉一般采用平爐，電弧爐和感應爐等。平爐的特點是容量大、可利用廢鋼作原料、能準確控制鋼的成分并能熔煉優質鋼及低合金鋼，多用于熔煉質量要求高的、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量、對爐料的要求不甚嚴格、容易升溫，故能煉優質鋼、高級合金鋼和特殊鋼等，是生產成型鑄鋼件的常用設備。 
此外，采用工頻或中頻感應爐，能熔煉各種高級合金鋼和碳含量極低的鋼。感應爐的熔煉速度快、合金元素燒損小、能源消耗少、且鋼液質量高，即雜質含量少、夾雜少，適于小型鑄鋼車間采用。