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鑄鋼件的優(yōu)點之一是設計的靈活性,設計人員對鑄件的形狀和尺寸有最大的設計選擇自由,特別是形狀復雜和中空斷面的零件,鑄鋼件可采用組芯這一獨特的工藝來制造。其成形和形狀改變卻十分容易,從圖樣到成品的轉化速度很快,有利于快速報價響應和交貨期的縮短。形狀和質量的完善化設計、最小的應力集中系數以及整體結構性最強等特點,都體現(xiàn)鑄鋼件設計的靈活性和工藝優(yōu)勢:

1、鑄鋼件冶金制造適應性和可變性強,可以選擇不同的化學成分和組織控制,適應于各種不同工程的要求;可以通過不同的熱處理工藝在較大的范圍內選擇力學性能和使用性能,并有良好的焊接性能和加工性能。

2、鑄鋼材料的各向同性和鑄鋼件整體結構性強,因而提高了工程可靠性。再加上減輕重量的設計和交貨期短等優(yōu)點,在價格和經濟性方面具有競爭優(yōu)勢。

3、鑄鋼件的重量可在很大的范圍內變動。重量小者可以是僅幾十克的熔模精密鑄件,而大型鑄鋼件的重量可達數噸、數十噸乃至數百噸。

二、缺點

1、組織不均勻。液態(tài)金屬注入鑄模后與模壁首先接觸的一層液態(tài)金屬因溫度下降最快,因此很快凝固成為較細晶粒。隨著與模壁距離的增加,模壁影響逐漸減弱,晶體沿與模壁相垂直的方向生長成彼此平行的柱狀晶體。在鑄件的中心部位,散熱已無顯著的方向性,且可自由地朝各個方向生長直至彼此接觸,故形成等軸晶區(qū)。由此可見,鑄件內的組織是不均勻的,一般說來,晶粒比較粗大。

2、組織不致密。液態(tài)金屬的結晶以樹枝生長方式進行,樹枝間的液態(tài)金屬最后凝固,但樹枝間很難由金屬液體全部填滿,造成鑄件普遍存在不致密性。此外,注入模中的液態(tài)金屬在冷卻中及凝固中如體積收縮而未獲足夠的補充,也可形成疏松甚至縮孔。鑄鐵件中的石墨往往以較大尺寸的片狀、球狀或其他形狀出現(xiàn),也可看成是一種不致密組織。

3、表面粗糙。表面一般來說比較粗糙,不能與機加工表面相比,形狀也較復雜。

鑄鋼件的品種繁多,不勝枚舉�，F(xiàn)就幾個主要的產業(yè)部門使用鑄鋼件的情況做簡要說明。

1、電站設備

電站設備是高技術產品,其主要零件都在高負荷下長時間連續(xù)地運轉,火電站和核電站設備中有不少零部件還需耐受高溫和高壓蒸汽的腐蝕,因而對零部件的可靠性有很嚴格的要求。鑄鋼件能最大限度地滿足這些要求,在電站設備中廣為采用。

2、鐵路機車及車輛

鐵路運輸與人民的生命財產安全密切相關,因此。保證安全是至關重要的,機車車輛的一些關鍵部件,如車輪、側架、搖枕、車鉤等,都是傳統(tǒng)的鑄鋼件。

鐵路轉轍用的轍岔是承受強烈沖擊和磨擦的部件,工況條件極為惡劣,形狀又很復雜。

3、建筑、工程機械及其他車輛

建筑機械和工程機械的工況條件都很差,大部分零件都承受高的負荷或需耐受沖擊磨損,其中很大一部分是鑄鋼件,如行動系統(tǒng)中的主動輪、承重輪、搖臂、履帶板等。

一般汽車很少用鑄鋼件,但特種越野車和重型貨車的行動部分也用不少的鑄鋼件。

2、鑄造工藝。鑄鋼的熔點高,流動性差,鋼液易氧化和吸氣。同時,其體積收縮率為灰鑄鐵的2~3倍.因此,鑄鋼的鑄造性能較差,容易產生澆不足、氣孔、縮孔、熱裂、黏砂、變形等缺陷。為防止上述缺陷的產生,必須在工藝上采取相應措施。

生產鑄鋼件用型砂應有高的耐火度和抗黏砂性,以及高的強度、透氣性和退讓性。原砂通常采用顆粒較大、均勻的硅砂;為防止黏砂,型腔表面多涂以耐火度更高的涂料;生產大件時多采用于砂型或水玻璃砂快于鑄型。為了提高鑄型強度、退讓性,型砂中常加入各種添加劑。

在澆注系統(tǒng)和冒口的設計上。由于鑄造碳鋼傾向逐層凝固,收縮大,因此多采剛順序凝固原則來設置澆注系統(tǒng)和冒口.以防止縮孔、縮松的出現(xiàn)。一般來說,鑄鋼件都要設置冒口。冷鐵也應用較多。此外,應盡量采用形狀簡單、截面面積較大的底注式澆注系統(tǒng),使鋼液迅速、平穩(wěn)地充滿鑄型。

3、熱處理。鑄鋼的熱處理通常為退火或正火。退火主要用于w(C)≥0.35%或結構特別復雜的鑄鋼件,這類鑄件塑性差,鑄造應力大,鑄件易開裂。正火主要用于w(C)≤0.35%的鑄鋼件,這類鋼件碳含量低,塑性較好,冷卻時不易開裂。

1、氣孔(氣泡):氣孔(氣泡)是由于金屬液含氣量過多,模型潮濕及透氣性不佳而形成的空洞。鑄件中的氣孔分為單個分散氣孔和密集氣孔。

2、夾雜:夾雜分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩類。非金屬夾雜是冶煉時金屬與氣體發(fā)生化學反應形成的產物或澆注時耐火材料、型砂等混入鋼液形成的夾雜物。金屬夾雜是異種金屬偶爾落入鋼液中未能溶化而形成的夾雜物。

3、縮孔:縮孔是由于金屬液冷卻凝固時體積收縮得不到補充而形成的缺陷�？s孔多位于澆冒口附近和截面最大部位或截面突變處。

4、疏松:由于熔煉不良,鑄模形狀不適當等原因,在鑄鋼件壁厚的中部產生了細的晶界裂紋或者晶界中產生細微的空隙,而形成的疏松結構,這部分晶粒間的結合相當弱(在射線透照底片上形成云霧狀暗影)。

5、裂紋:裂紋是指鋼液,冷卻過程中由于低熔點雜質過多,加之內應力(熱應力和組織應力)過大使鑄件局部裂開而形成的缺陷。鑄件截面尺寸突變處,應力集中嚴重,易出現(xiàn)裂紋。

綜上所述,鑄鋼件中工藝缺陷的顯著特點是形狀復雜;鑄鋼件的使用缺陷主要是疲勞裂紋,包括機械疲勞裂紋和熱疲勞裂紋。

1、超聲波穿透性差

粗大的晶粒、不均勻的組織等的復雜界面,都增強了超聲波的散射,能量衰減大,以致可探厚度比之鍛件要小。

2、干擾雜波多

聲波在不均勻、不致密組織和粗大晶粒界面上散射時,其散射信號強度較大,并為探頭所接收;粗糙的鑄造表面對聲波反射會形成雜波;這些在示波屏上都會顯示為雜亂的林狀回波(也稱之為草狀回波),將可能淹沒缺陷回波,妨礙缺陷回波的辨認。

3、表面耦合條件差

鑄鋼件表面粗糙,不利于聲的耦合,表面硬度大,打磨較困難。

4、缺陷的定量較困難

由于鑄鋼件對聲波的衰減大,缺陷形狀復雜,以人工缺陷為基準的缺陷定量評定,誤差較大,用計算的方法對缺陷定量難度更大。

以上所述正是鑄件檢測的困難所在,這些困難使鑄件檢測受到一定的限制。但另一方面由于鑄件質量要求較低,允許存在單個缺陷尺寸較大,數量較多,同時鑄件缺陷出現(xiàn)的部位規(guī)律性強,因此鑄件檢測還是具有一定的價值。

檢測方法

1、對于中小型鑄件(特別是熔模精密鑄件),其體積小、重量輕,加工量也少,可以在固定式磁粉探傷機上至少在兩個大致垂直的方向磁化。最好采用直流或脈動直流電流,用濕法連續(xù)法檢驗。直接通電法、穿棒法、通磁法以及線圈法都是可以用的。

2、對于體積較大、較重的鑄件,至少在兩個大致垂直的方向對局部或分區(qū)進行磁化。最好采用直流或半波整流的便攜式或移動式磁粉探傷機,用觸頭法或磁軛法,干法連續(xù)法或濕法連續(xù)法,對鑄件局部或分區(qū)進行檢測。檢測一般應在兩個互相垂直的方向上進行。

3、為了防止燒壞與電極接觸的鑄件,建議采取下列措施:當觸頭與鑄件表面未完全接觸時不接通電流,當電流已經斷開時才取走觸頭。并且采用足夠清潔和適宜的觸頭。對于經過機械加工的光潔表面,宜采用磁軛法。

4、鑄鋼件由于鑄造應力的影響,有些裂紋(冷裂紋)會延遲開裂,所以不應在鑄造后立即檢測,而應在1~2天后再檢測。

5、鑄件缺陷如果超過驗收標準被拒收,而又允許挖(鏟)和補焊時,補焊區(qū)域也要注意控制延遲裂紋的產生。

6、檢測時應憑肉眼,只有在001和01質量等級檢測時可使用不超過3倍的放大鏡。