铸钢生产:性能和组成

在铸造厂进行测试和检验

铸钢是一种铁合金,最大含碳量约为0.75%。铸钢件是用液态钢填充模具内的空隙而制成的固态金属制品。它们可以在许多相同的碳素和合金钢中作为锻金属生产。铸钢的力学性能一般比锻钢低,但化学成分相同。铸钢弥补了这一缺点,它能够在更少的步骤中形成复杂的形状。

铸造厂的钢铸件
钢铸件是通过用液体钢填充模具内的空隙而产生的固体金属物体。

铸钢性能

铸铁可以生产各种特性。根据化学成分和热处理,显着变化铸钢的物理性质。它们被选中以匹配预期应用程序的性能要求。

  • 硬度
    耐磨损能力材料耐磨损的能力含碳量决定了钢所能获得的最大硬度或淬透性。
  • 力量
    使一种材料变形所必需的力。较高的含碳量和硬度导致钢具有较高的强度。
  • 延性
    金属在拉伸应力下变形的能力。较低的含碳量和较低的硬度导致钢具有较高的延展性。
  • 韧性
    承受压力的能力。增加的延展性通常与更好的韧性相联系。韧性可以通过添加合金金属和热处理来调节。
  • 耐磨性
    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。加入钼、铬等合金元素可以提高耐磨性。
  • 耐腐蚀性能
    抗氧化性一种材料抗氧化和防锈的能力铸钢表现出与锻钢相似的耐腐蚀性能。铬和镍含量高的高合金钢具有很强的抗氧化性。
  • 切削加工性能
    钢铸件可以通过加工(切割,磨削或钻井)除去材料来改变形状。可加工性受硬度,强度,导热性和热膨胀的影响。
  • 可焊性
    钢铸件焊接的能力无缺陷。可焊性主要取决于钢铸造的化学成分和热处理。
  • 耐高温特性
    在高于环境温度下运行的钢在氧化,氢气损伤,亚硫酸盐缩放和碳化物不稳定性导致由于氧化,氢气损伤,碳化物不稳定性降低和早期损失。
  • 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。

铸钢化学成分

铸钢的化学成分对其性能有重要的影响,经常被用来对钢进行分类或指定标准名称。铸钢可以分为两大类——碳铸钢和合金铸钢。

碳铸钢

锻钢,碳铸造钢可根据其含碳量进行分类。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)稍硬一些,经热处理可以强化。当需要最大硬度和耐磨性时,使用高碳铸钢(0.5%碳)。

合金铸钢

合金铸钢分为低合金和高合金两类。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。高合金铸钢(> 8%合金含量)是为了产生特定的性能,如耐腐蚀、耐热或耐磨而设计的。

普通的高合金钢包括不锈钢(> 10.5%铬)和哈尔菲尔德锰钢(11-15%锰)。添加铬,在暴露于氧气时形成氧化铬的钝化层,给药不锈钢优异的耐腐蚀性。Hadfield钢中的锰内容在努力工作时提供高强度和耐磨性。

ASTM 化学要求 拉伸要求
钢的等级 抗拉强度 屈服点 伸长在2英寸。 断面收缩率
最大百分比/范围 最小ksi [Mpa] /范围 分钟。%
ASTM A27 / A27M
ASTM A27,N-1级 0.25 0.75 0.80 0.06 0.05 N/A N/A N/A N/A
ASTM A27,N-2等级 0.35 0.60 0.80 0.06 0.05 N/A N/A N/A N/A
ASTM A27,等级U60-30 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 A27,65-35级 0.30 0.70 0.80 0.06 0.05 65年[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 m
ASTM A148, 80-40级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 80年[550] 40 [275] 18 30.
ASTM A148, 80-50级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 80年[550] 50 [345] 22 35
ASTM A148, 90-60级 N/A N/A N/A 0.06 0.05 90年[620] 60 [415] 20. 40
ASTM A216 / A216M
ASTM A216, WCA级 0.25 0.70 0.60 0.045 0.04 60 - 85 (415 - 585) 30 [205] 24 35
ASTM A216, WCB级 0.30 1.00 0.60 0.045 0.04 70-95 [485-655] 36 [250] 22 35
ASTM A216, WCC级 0.25 1.20 0.60 0.045 0.04 70-95 [485-655] 40 [275] 22 35

铸钢等级

钢等级是由标准组织创建的,例如ASTM国际,美国钢铁协会,而且汽车工程师学会根据特定的化学成分和所产生的物理性能对钢进行分类。铸造厂可以开发自己的内部钢牌号,以满足用户对特定性能的需求,或将特定生产牌号标准化。

锻钢的规范经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,铸钢不一定遵循锻钢成分。铸钢中硅和锰的含量通常比锻钢高。除了硅和锰含量较高外,合金铸钢也被广泛使用,钛和锆铸造过程中的去氧化。铝主要用作脱氧剂,以实现其有效性和相对低成本。

铸钢生产

铸造钢的实践可以追溯到1750年代后期,比晚铸造其他金属。钢材的高熔点,以及可用于熔融和工艺金属的技术缺乏技术,延迟了钢铁铸造行业的发展。炉技术进步克服了这些挑战。

熔炉是内衬耐火材料的容器,它包含“电荷”,即要熔化的材料,并为熔化提供能量。现代铸钢车间有两种炉型: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为“加热”的金属批量。电荷直接通过电极之间,从持续的放电将其暴露于热能。

采用电弧炉生产铸钢件
电弧炉使用石墨电极熔化成批的金属;电荷直接在电极之间传递,暴露在热能中。

电弧炉遵循一个tap-to-tap运行周期:

  1. 装炉
    钢材和合金的负荷加入炉中。
  1. 融化
    钢是通过向炉内提供能量而熔化的。电能通过石墨电极提供,通常是炼钢作业中最大的贡献。化学能通过氧燃料燃烧器和氧喷枪提供。
  1. 精炼
    在熔化过程中,氧气被注入以去除杂质和其他溶解的气体。
  1. 脱泥
    在分接到外,通常含有不希望的杂质的过量渣。在浇注之前也可以在钢包内进行脱渣。
  1. 轻敲(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
    出料和准备工作就完成了下一个炉料循环。

在该方法的各个阶段通常在各个阶段进行连续额外的步骤,以进一步脱氧钢并在浇注之前从金属中除去炉渣。钢铁的化学可能需要调整以考虑在延长采用过程中的合金耗尽。

感应炉

感应炉是一种电炉,其中通过诱导转移热能。铜线圈围绕着非导电电荷容器,并且通过线圈运行交流电以在电荷内产生电磁感应。

感应炉能够熔化大多数金属,并且它们可以以最小的熔化损失来操作。缺点是几乎不可能提炼这种金属。与电弧炉不同,钢不能被改造。

用于钢铸造的感应炉
感应炉是一种通过感应传递热能的电炉,可以以最小的熔体损失运行。

现代铸造厂经常利用回收钢材降低铸造生产的成本和环境影响。过时的汽车、机械部件和类似的物品被分开、定尺寸,然后作为废品运到铸造厂。控件中生成的内部废料铸造工艺并与各种合金元素结合装入熔炼炉中。

热处理

固化铸件后,从模具中取出并清洁,铸钢的物理性质通过适当开发热处理

  • 退火
    将铸钢件加热到特定温度,保温一段时间,然后缓慢冷却。
  • 正常化
    类似于退火,但铸钢件在露天冷却,有时用风扇冷却。这有助于铸件获得更高的强度。
  • 淬火
    与正常冷却类似,但使用强制空气冷却的速度要快得多。水或油用作淬火介质。
  • 回火(或消除应力)
    用于消除铸件内部应力的技术。这些应力可能出现在铸造过程中,或在强化或硬化热处理过程中,如正火或淬火。消除应力包括将铸件加热到远低于退火温度的温度,保持在该温度,然后缓慢冷却。

铸钢检验

铸钢件通常要接受检查,以确认具体的物理性能,如尺寸精度、铸件表面光洁度和内部的完整性。此外,还必须检查化学成分。添加少量合金元素会极大地影响材料的化学成分。铸钢合金易受其化学成分变化的影响,因此需要在铸造前进行化学分析以验证确切的化学成分。一个小样本熔融金属倒入模具并分析。

尺寸精度

进行尺寸检查,以确保生产的铸件符合客户的尺寸要求和公差,包括公差加工.有时可能需要破坏铸件样品来测量内部尺寸。

表面光洁度的条件

采用铸造表面饰面检查来探索铸件的美学外观。它们在视觉上寻找可能并不明显的铸件的表面和子表面的缺陷。钢铸件的表面光洁度可能受到所用图案,模塑砂和模具涂层的类型的影响,以及铸造的重量和清洁方法。

铸钢表面饰面检查
表面光洁度检查检查铸钢件表面和次表面的缺陷。

内部合理性

所有铸件存在一定程度的缺陷,并且声音规范确定可接受的缺陷阈值。最大允许缺陷级别的过度规格将导致速度更高,铸造成本更高。最大允许缺陷级别的规范可能导致失败。

钢铸件中发生的三种常见的内部缺陷是:

  1. 孔隙度
    铸钢件中以内壁光滑光亮为特征的空隙。气孔通常是铸造过程中气体析出或气体滞留的结果。
  1. 夹杂物
    铸造中的异物碎片。包含可以是金属,金属间或非金属的。夹杂物可以来自模具(碎片,沙子或芯材)内,或者可以在浇注浇注过程中进入模具。
  1. 缩减
    空位或低密度区域,通常在铸件内部。这是由于在凝固过程中没有足够的喂料金属来提供熔化的材料岛造成的。缩孔的特点是内部表面有粗糙的结晶。

化学分析

铸钢的化学分析通常采用湿化学分析方法或光谱化学方法。湿法化学分析最常用于确定小样品的组成,或验证产品分析后的生产。相比之下,光谱仪分析非常适合于在繁忙的铸造生产环境中常规快速测定较大样品的化学成分。铸造厂可以在热量和产品水平进行化学分析。

热分析

在热分析期间,从炉子舀出一小样品,使其稳定,然后使用分光细胞分析分析化学成分。如果合金元素的组成不正确,则可以在浇铸之前在炉子或钢包中进行快速调节。一旦正确地,通常认为热分析是对整个金属热量的组成的准确表示。然而,预期化学成分的变化是由于合金元素的偏析,以及倒出钢的热量所需的时间。在浇注过程中可能发生某些元素的氧化。

用钢包浇注铸钢液样品
在热分析期间,液体铸钢样品从炉子舀,允许固化,然后使用分光细胞分析分析化学成分。

产品分析

由于单个铸件的成分可能不完全符合适用的规范,产品分析是为了特定的化学分析验证而进行的。即使产品是从热分析正确的钢中倒出来的,也会发生这种情况。行业惯例和标准确实允许热分析和产品分析之间有一些差异。

铸钢测试

通过改变铸钢的成分和热处理,碳和合金钢铸件可以获得多种力学性能。铸造厂在产品完成前利用专门的测试方法检查机械性能。

当涉及到铸钢检测时,工业上使用两种类型的检测:破坏性检测和非破坏性检测。破坏性测试需要破坏一个试验铸件,以直观地确定一个零件的内部健全。这种方法只提供被测试件的状况信息,并不能确保其他件是完好的。非破坏性测试用于在不损害铸件本身的情况下验证铸件的内外完好性。一旦铸件通过测试,它就可以用于预期的应用。

拉伸性能

钢铸件的抗拉性能是铸件在慢载荷条件下承受载荷能力的指标。拉伸性能是用一个具有代表性的铸造样品来测量的,该样品受到受控的拉伸载荷——施加在拉伸杆两端的拉力——直到失效。失效时,测试拉伸性能。

拉伸性能

属性

描述

抗拉强度

在拉伸或拉伸载荷下使铸件断裂所需要的应力。

屈服强度

铸件在拉伸过程中开始屈服或拉伸并表现出塑性变形的点。

伸长(%)

延展性或铸件塑性变形能力的度量。

面积减少(%)

铸造延展性的次要措施。

展示了受拉钢筋的原始横截面面积与受拉破坏后最小横截面面积的差异。

弯曲性能

弯曲性能通过使用一个具有代表性的矩形样品,将其绕着一个特定角度弯曲来确定铸件的延展性。观察产生的弯曲杆,以检查不良开裂。

影响特性

冲击性能是测试破坏标准缺口样品所需的能量的韧性的衡量标准。打破样品所需的能量越多,铸造材料更加艰难。

硬度

硬度是用压痕试验衡量铸件抗渗透能力的指标。它是反映铸钢耐磨性的一种性能。硬度测试还可以提供一种在生产环境中测试抗拉强度指标的简单、常规方法。硬度标尺测试结果通常与拉伸强度性能密切相关。

定制铸造服务

信实铸造与客户合作,为每个定制铸件确定最佳的物理和化学性能、热处理和测试方法。请求报价要获取有关我们的铸造服务如何符合您的项目要求的更多信息。