铸钢生产:性能和成分

在铸造厂进行测试和检验

铸钢是一种黑色合金,最大含碳量约为0.75%. 铸钢件是用钢水填充铸模内的空隙而制成的固体金属制品. 它们可用在许多相同的碳和合金钢中,这些钢可以作为锻造金属生产. 铸钢的机械性能一般比锻钢低, 但化学成分相同. 铸钢弥补了这一缺点,因为它能够在更少的步骤形成复杂的形状.

铸造厂的铸钢件
铸钢件是用钢水填充铸模内的空隙而制成的固体金属制品.

铸钢性能

铸钢可以生产出各种各样的性能. 铸钢的物理性能因化学成分和热处理的不同而发生显著变化. 它们的选择是为了匹配预期应用程序的性能要求.

  • 硬度
    耐磨性材料承受磨损的能力. 碳含量决定了钢可获得的最大硬度或淬透性.
  • 强度
    使材料变形所需的力的大小. 钢的含碳量和硬度越高,强度越高.
  • 延性
    金属在拉应力作用下变形的能力. 低含碳量和低硬度使钢具有较高的塑性.
  • 韧性
    承受压力的能力. 延性的增加通常与更好的韧性有关. 韧性可以通过添加合金金属和热处理来调整.
  • 耐磨性
    阻力材料对摩擦和使用的阻力. 铸钢与成分相似的锻钢具有相似的耐磨性. 添加钼、铬等合金元素可提高耐磨性.
  • 耐蚀性
    抗氧化性材料抗氧化和生锈的能力. 铸钢与锻钢具有相似的耐蚀性. 含高铬和高镍的高合金钢具有很高的抗氧化性.
  • 切削加工性能
    铸件通过机械加工(切割)去除材料而改变形状的容易程度, 磨, 或钻井). 切削性能受硬度、强度、导热系数和热膨胀的影响.
  • 可焊性
    铸钢件在焊接时无缺陷的能力. 可焊性主要取决于铸钢件的化学成分和热处理.
  • 耐高温特性
    在高于环境温度下工作的钢会由于氧化而导致机械性能退化和早期失效, 氢损伤, 亚硫酸盐扩展, 和硬质合金的不稳定.
  • 低温性能
    铸钢的韧性在低温下严重降低. 合金化和特殊热处理可以提高铸件承受载荷和应力的能力.

铸钢的化学成分

铸钢的化学成分对铸钢的性能有重要的影响,经常用来对钢进行分类或指定标准名称. 铸钢可分为两大类——碳铸钢和合金铸钢.

碳铸钢

锻钢, 碳铸造钢 可以根据它们的含碳量来分类吗. 低碳铸钢(0.2%碳)相对较软,不易热处理. 中碳铸钢(0.2–0.5%碳)较硬,可通过热处理强化. 高碳铸钢(0.当需要达到最大硬度和耐磨性时,使用5%碳).

合金铸钢

合金钢分为低合金钢和高合金钢. 低合金铸钢(合金含量≤8%)的性能与普通碳钢相似, 但具有较高的淬透性. High-alloy cast steel (> 8% alloy content) is designed to produce a specific property, 如耐蚀性, 耐热性, 或耐磨性.

Common high-alloy steels include 不锈钢 (> 10.5%铬)和哈德菲尔德锰钢(11-15%锰). 铬的添加, 当氧化铬暴露在氧气中时,什么形成钝化层, 给了 不锈钢 优良的耐腐蚀性能. 哈德菲尔德钢中的锰含量提供了高强度和耐磨损的努力工作.

ASTM 化学要求 抗拉要求
钢的等级 抗拉强度 屈服点 伸长率2英寸. 断面收缩率
最大百分比/范围 最小值. ksi [Mpa] /量程 最小值. %
Astm a27 / a27m
ASTM A27,等级N-1 0.25 0.75 0.80 0.06 0.05 N/A N/A N/A N/A
ASTM A27,等级N-2 0.35 0.60 0.80 0.06 0.05 N/A N/A N/A N/A
ASTM A27, U60-30级 0.25 0.75 0.80 0.06 0.05 60 [415] 30 [205] 22 30
ASTM A27, 60-30级 0.30 0.60 0.80 0.06 0.05 60 [415] 30 [205] 24 35
ASTM A27,等级65-35 0.30 0.70 0.80 0.06 0.05 65 [450] 35 [240] 24 35
ASTM A27,等级70-36 0.35 0.70 0.80 0.06 0.05 70 [485] 36 [250] 22 30
ASTM A27,等级70-40 0.25 1.20 0.80 0.06 0.05 70 [485] 40 [275] 22 30
Astm a148 / a148米
ASTM A148, 80-40级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 80 [550] 40 [275] 18 30
ASTM A148, 80-50级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 80 [550] 50 [345] 22 35
ASTM A148, 90-60级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 90 [620] 60 [415] 20 40
Astm a216 / a216 m
ASTM A216, WCA等级 0.25 0.70 0.60 0.045 0.04 60-85 [415-585] 30 [205] 24 35
ASTM A216, WCB等级 0.30 1.00 0.60 0.045 0.04 70-95 [485-655] 36 [250] 22 35
ASTM A216, WCC等级 0.25 1.20 0.60 0.045 0.04 70-95 [485-655] 40 [275] 22 35

铸钢的成绩

钢的成绩 都是由标准组织创建的,比如 ASTM国际, 美国钢铁协会, 汽车工程师学会 根据特定的化学成分和物理性能对钢进行分类. 铸造厂可以开发自己的内部等级的钢,以满足用户对特定性能的需求或标准化特定的生产等级.

锻钢的规范常被用来根据其主要合金元素对不同的铸造合金进行分类. 然而,铸钢并不一定遵循锻造钢的成分. 铸钢中硅和锰的含量通常比锻铸的同类钢高. 合金铸钢除了硅、锰含量高外,还广泛使用 、钛和锆,用于铸造过程中的脱氧. 铝因其有效和相对较低的成本而主要用作脱氧剂.

铸钢生产

铸钢的实践可以追溯到18世纪50年代末,比 铸造 其他金属的. 钢的高熔点, 而且缺乏可用的技术来熔化和加工金属, 推迟了铸钢工业的发展. 这些挑战被炉膛技术的进步所克服.

熔炉是装有“炉料”的内衬耐火材料的容器,这就是要熔化的材料, 并为融化提供能量. 现代铸钢厂有两种炉型:电弧炉和感应炉.

电弧炉

电弧炉通过石墨电极之间的电弧熔化被称为“加热”的金属. 电荷直接通过电极之间, 将其暴露在持续放电产生的热能中.

使用电弧炉生产铸钢
The electric arc furnace melts batches of metal using graphite electrodes; the charge passes directly between the electrodes, 将它暴露在热能之下.

电弧炉遵循一种接一接的操作周期:

  1. 装炉
    将钢屑和合金装入炉中.
  1. 融化
    钢铁通过向炉膛内部提供能量来熔化. 电能通过石墨电极提供,通常是炼钢过程中最大的贡献者. 化学能是通过氧燃料燃烧器和氧枪提供的.
  1. 精炼
    在熔化过程中注入氧气以去除杂质和其他溶解的气体.
  1. De-slagging
    通常含有不需要的杂质的多余的炉渣,在排出之前要先从槽中除去. 在浇筑之前,也可以在钢包内进行除渣.
  1. 敲(或敲出)
    通过倾斜熔炉并将金属倒入转移容器(如钢包),将金属从熔炉中取出.
  1. 炉回车场
    出料和准备工作已完成,为下一个炉料循环.

在这一过程的各个阶段,经常采取连续的额外步骤,以进一步脱氧钢,并在浇注前从金属中除去渣. 这种钢的化学成分可能需要调整,以考虑在长时间的抽气过程中合金的消耗情况.

感应炉

感应炉是一种通过感应传递热能的电炉. 一个铜线圈围绕着不导电的电荷容器, 交流电通过线圈在电荷内产生电磁感应.

感应炉能熔化大多数金属, 而且它们可以以最小的熔体损失操作. 缺点是这种金属几乎不可能精炼. 不像电弧炉,钢不能被转化.

用于铸钢的感应炉
感应炉是一种通过感应传递热能的电炉, 并且能够以最小的熔体损耗运行.

现代铸钢厂经常使用 回收钢材 减少废钢铸造生产成本和对环境的影响. 过时的汽车, 机械部件, 和类似的项目分开, 大小的, 然后作为废铁运往铸造厂. 这是结合内部废料产生的 铸造 加工并与各种合金元素结合在一起,使熔炉熔化.

热处理

在铸件凝固后, 从模具中取出, 和清洁, 铸钢的物理性能得到了合理的发展 热处理.

  • 退火
    将铸钢件加热到特定温度, 坚持一段时间, 然后慢慢冷却.
  • 正常化
    类似于退火,但铸钢件在露天冷却,有时用风扇冷却. 这有助于铸件达到更高的强度.
  • 淬火
    与常态化相似,但使用强制空气降温的速度要快得多. 水或油可作为淬火介质.
  • 缓和(或缓解压力)
    减轻铸件内部应力的技术. 这些应力可以在铸造过程中出现, 或在强化或淬火热处理过程中,如正火或淬火. 消除应力涉及到将铸件加热到远低于退火温度的温度, 保持这个温度, 然后慢慢冷却.

铸钢检验

铸钢件通常要经过检查,以验证具体的物理性能,如尺寸精度, 铸件表面光洁度, 和内部质量. 此外,化学成分也必须检查. 向材料中添加少量合金元素会显著地影响化学成分. 铸钢合金易受其化学成分变化的影响, 因此,在铸造之前,需要进行化学分析来验证确切的化学成分. 一个小样本 熔融金属 倒进模具并进行分析.

尺寸精度

进行尺寸检查,以确保所生产的铸件符合客户的尺寸要求和公差,包括余量 加工. 有时可能需要破坏铸件样品以测量内部尺寸.

表面光洁度的条件

铸件表面光洁度检测是一种探索铸件外观美感的方法. 他们在铸件表面和次表面寻找可能在视觉上不明显的缺陷. 铸钢件的表面光洁度可能受到花纹类型的影响, 型砂, 以及模具涂层的使用, 以及铸件的重量和清洗方法.

铸钢表面光洁度检查
表面光洁度检查是指在铸钢件表面和亚表面寻找缺陷.

内部质量

所有 铸件 是否存在某种程度的缺陷, 稳健性规范决定了可接受的缺陷阈值. 超规格的最大允许缺陷会导致较高的废品率和较高的铸造成本. 最大允许缺陷级别的规格不足可能导致失败.

铸钢件内部常见的三种缺陷是:

  1. 孔隙度
    铸钢件中的空洞,其特征是光滑、光亮的内墙. 气孔通常是在铸造过程中气体析出或气体圈闭的结果.
  1. 夹杂物
    铸件中有异物. 包体可以是金属、金属间或非金属. 夹杂物可能来自霉菌(碎片), 沙子, 或核心材料), 或者在浇铸过程中可以进入模具.
  1. 收缩
    低密度的空缺或区域,通常在铸件内部. 这是由于材料在凝固过程中没有足够的金属供给而形成的熔融岛. 收缩腔的特征是内部表面粗糙结晶.

化学分析

铸钢的化学分析通常用湿化学分析方法或光谱化学方法进行. 湿化学分析最常用于确定小样品的组成, 或验证bwin体育分析后的生产. 与之相反, 用光谱仪分析非常适合在繁忙的生产铸造环境中对较大样品的化学成分进行常规和快速的测定. 铸造厂 能否同时进行热和bwin体育层面的化学分析.

热分析

在热分析, 从熔炉中舀出一小块铸钢水样, 可以巩固, 然后用光谱化学分析对化学成分进行分析. 如果合金元素的成分不正确, 在铸造之前,可以在熔炉或钢包中进行快速调整. 一旦正确的, 热分析一般被认为是对金属全部热组成的精确表示. 然而, 由于合金元素的偏析,化学成分可能会发生变化, 还有把钢的热量倒出来所需的时间. 在浇注过程中,某些元素可能发生氧化.

用钢包浇注铸钢液样
在热分析, 从熔炉中舀出一份液态铸钢样, 可以巩固, 然后用光谱化学分析对化学成分进行分析.

bwin体育分析

bwin体育分析是为特定的化学分析验证而进行的, 由于浇注的个别铸件的成分可能不完全符合适用的规范. 即使bwin体育是在热分析正确的情况下从加热的钢中倒出来的,这种情况也会发生. 行业惯例和标准确实允许热分析和bwin体育分析之间存在一些差异.

铸钢测试

通过改变铸钢的成分和热处理,可以使碳素钢和合金钢铸件获得多种力学性能. 铸造厂bwin体育完成之前,使用专门的测试方法检查机械性能.

当涉及到铸钢的测试时, 工业上有两种检测方法:破坏性检测和非破坏性检测. 破坏性的测试 要求破坏测试铸件,以直观地确定一个部件的内部可靠性. 这种方法只提供有关被测件状况的信息, 并不能确保其他部分是健全的. 非破坏性测试 用于在不损坏铸件本身的情况下验证铸件内部和外部的可靠性. 一旦铸件通过测试,就可以用于预期的应用.

拉伸性能

铸钢件的拉伸性能是铸件在缓慢加载条件下承受载荷的能力的指标. 拉伸性能是用一个有代表性的铸造试样来测量的,该试样在受控的拉伸载荷(施加在拉伸杆两端的拉力)下,直到失效. 在失效时,检测拉伸性能.

拉伸性能

属性

描述

抗拉强度

在拉伸状态下或在拉伸载荷下使铸件断裂所需要的应力.

屈服强度

铸件在拉伸时开始屈服或拉伸并表现出塑性变形的点.

延伸率(%)

延展性的度量,或铸件塑性变形的能力.

面积收缩率(%)

铸件延性的二次测量.

演示了拉伸杆的原始横截面面积之间的差异, 在拉伸破坏后的最小横截面面积.

弯曲性能

弯曲特性通过使用一个矩形的代表性样品围绕一个销弯曲到一个特定的角度来确定铸件的延性. 观察产生的弯曲杆,以检查不良的开裂.

冲击性能

冲击性能是一种韧性的测量方法,通过测试打破标准缺口试样所需的能量而得到. 试样破碎所需的能量越多,铸造材料就越坚硬.

硬度

硬度是通过压痕测试来衡量铸件抗渗透能力的一种方法. 它是铸钢耐磨性的一项指标. 硬度测试 还能提供一个简单的吗, 在生产环境中测试抗拉强度指标的常规方法. 硬度标度试验结果通常与拉伸强度特性密切相关.

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