铸钢基本知识课堂PPT

1铸钢及其熔炼铸钢及其熔炼第第1 1章章 绪论绪论21 1、铸钢件的特点、铸钢件的特点1）力学性能要远远优于铸铁；2）具有许多特殊的性能，如耐热、耐磨、耐蚀等；3）有良好的焊接性能，利于铸件组合及修补；4）尺寸形状与成品接近，节约原料，机械加工简化；5）铸件各部分结构可设计均匀，能抵抗变形；6）价格较低廉。3HTQTKTZGb b100-350400-900300-700400-2000s s/250-600200-530200-1800/2-182-124-40a ak k/606015-200(U)/小小5-65HBHB150-250180-300120-270120-600-1-1/200-300200-250170-60042 2、获得优良铸钢件的条件、获得优良铸钢件的条件1）优质的、脱氧的、高温的、去除了有害杂质的、并符合 铸件用途的材质；2）良好的造型材料：强度、压溃性、透气性、耐火性、热 传导性、膨胀性等；3）正确的造型工艺设计，工艺收得率：40-70%；4）适宜的热处理；5）合理的铸件结构设计。53 3、铸钢生产概况、铸钢生产概况（1 1）世界铸钢产量统计）世界铸钢产量统计 铸钢约占钢产量的1%左右；铸件产量的15-20%；铸钢件总产量绝对数字增长快，目前已达2000万T/年左右；铸造合金钢比例增加，如德国、日本已升至40-50%，一般占20-30%。6（2 2）铸钢生产涉及的工业及部门）铸钢生产涉及的工业及部门（3 3）铸钢生产水平的标志）铸钢生产水平的标志 产量；质量；合金钢铸件的比重；品种；熔炼设备；产品。最大电弧炉：中国：50T 外国：300T7铸钢件生产工艺过程铸钢件生产工艺过程8第第2章章 铸钢的结晶过程铸钢的结晶过程91 1、Fe-CFe-C二元平衡相图碳钢部分特点二元平衡相图碳钢部分特点1）钢铁分界点：E 2.14%C；2）铸造碳钢的成分 C0.05%，流动性（P使液相线）。Si：由于能起脱氧和镇静作用，故能使流动性。24（2 2）钢液中的气体和夹杂物）钢液中的气体和夹杂物 气体，夹杂物 流动性 脱碳处理越好 气体、夹杂上浮，清理越彻底 流动性 脱氧操作越合适流动性 25例：脱氧操作对钢水流动性影响例：脱氧操作对钢水流动性影响脱氧剂种类及加入次序先加 Si-Fe后加Mn-Fe先加Mn-Fe后加Si-FeAl-Mn-Si或Si-Ca 流动性（螺旋试样，mm）65140150-18026讨论讨论:对氧的亲和力：对氧的亲和力：Mn SiAlMn SiAl 先加Mn-Fe后加Si-Fe：则先生成MnO，后生成SiO2，然后互相作用生成MnSiO3低熔点，呈球状，容易集聚上浮，去除。先加Si-Fe，后加Mn-Fe：则先生成大量SiO2，加Mn-Fe后只生成少量MnO，最后也只有少量MnSiO3，而大量的SiO2以固态尖角形质点存在于钢液中，不易积聚，尺寸小，成为夹杂。复合脱氧剂（Al-Mn-Si，Si-Ca）：更易形成复合低熔点盐。27影响因素：影响因素：（3）浇注温度和浇注速度 浇注温度越高，流动性越好。但太高的浇注温度，易导致热裂、粘砂、晶粒粗大等缺陷，所以也要适当控制。28铸造碳钢的浇注温度及过热度铸造碳钢的浇注温度及过热度牌号液相线温度出钢温度浇注温度过热度ZG15ZG25 ZG35 ZG45 ZG55152515151500149014801600-16201590-16101580-16001570-15901570-15901560-15901550-15801540-15801530-15701530-157035-6035-6040-8040-8050-9029 浇注速度以快为宜，但不能过快，否则冲坏铸型，造成废品。例下表。铸造碳钢的浇注速度铸造碳钢的浇注速度铸件壁厚（mm）型腔由液面上升速度mm/s30201020-2430-3660-72302 2）收缩）收缩（1）铸造碳钢的收缩过程：分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三过程。三阶段的收缩量总和称为体积总收缩率。%100 原来体积总体积收缩体积总收缩率31如：0.30%C碳钢 D=7.84g/cm3总体积收缩率：11.6%（1593-20）其中：液态（1593-1504）：1.4%凝固（1504-1454）：3.0%固态（1454-20）：7.2%32碳钢的体积总收缩率（碳钢的体积总收缩率（%）含碳量（%）0.100.400.701.00体积总收缩率（%）10.511.312.114.033 浇注速度以快为宜，但不能过快，否则冲坏铸型，造成废品。例下表。铸造碳钢的浇注速度铸造碳钢的浇注速度铸件壁厚（mm）型腔由液面上升速度mm/s30201020243036607234（2 2）缩孔和缩松）缩孔和缩松 碳钢在液态阶段和凝固阶段的收缩表现为金属体积的缩小，液面下降，称为“体收缩”。“体收缩”产生缩孔和缩松。35缩孔和缩松的数量和分配与下述因素有关：缩孔和缩松的数量和分配与下述因素有关：与含碳量即结晶温度间隔有关。间隔大，由于树枝晶发达，缩松倾向加大；见下图。3637过热温度越高，冒口补缩越好，缩孔率越大。见下表。ZG25ZG25的缩孔率的缩孔率过热温度1500155016501750缩孔率%6.37.49.511.638 增大结晶冷却速度，有利于减少缩松。其原因是由于加大液相中的温度梯度，限制了树枝晶的发展，改善了补缩条件，从而缩松，但缩孔。例如金属型的缩松比例较小。39 （3 3）线收缩）线收缩 碳钢在固态阶段的收缩表现为铸件尺寸上的缩小，成为“线收缩”，其为产生应力、变形、开裂的原因。碳钢自由收缩率为 2.20-2.40%碳钢受阻收缩率为 2.00-2.20%100铸件铸件模型线收缩率lll4041（4 4）热裂）热裂 铸钢件容易产生开裂，其分类为：热裂断口氧化，呈暗黑色，且形状弯曲（有树枝晶特征）；冷裂断口齐整、洁净、呈银白色。42（1 1）热裂产生的条件）热裂产生的条件 金属具有较大的线收缩，且受到阻碍；液态金属中存在低熔点夹杂的偏析；液态金属流动性差。（2 2）热裂形成的过程）热裂形成的过程 热裂出现的温度范围凝固后期，固相线附近；铸件收缩过程中由于受型芯阻碍作用受到拉力；43 铸件凝固形成固体骨架时存在一层低熔点薄膜。薄膜强度很低，高温塑性差，易于断裂。如 0.30%C碳钢，在 1410-1385 时，b=0.76-2.15 N/mm2，=0.23-0.44%。4445（3 3）热裂的影响因素：）热裂的影响因素：化学成分：0.20%C左右（包晶点），Mn，P、S热裂抗力。见上图。工艺因素：a.熔炼工艺 b.铸件结构特点 c.浇注温度 d.造型工艺 e.砂型（芯）的溃散性 46 4 4）冷裂）冷裂 铸件完全凝固后，冷却至塑性弹性转变温度（600-700）以下时产生的裂纹称为冷裂。（1 1）冷裂产生的原因）冷裂产生的原因 铸件中的内应力（热应力和收缩应力等之和）超过了钢在此时的强度。47（2 2）冷裂的影响因素）冷裂的影响因素 化学成分化学成分 低碳钢塑性好，不易产生冷裂；高碳钢塑性差，容易产生冷裂。P、S促进冷裂；P的危害作用比S大。48 工艺因素工艺因素 a）熔炼工艺：脱氧程度若夹杂物多，使钢的塑性、强度降低，导致冷裂；b）铸件结构：各部分壁厚相差大，由于收缩时间不一样，易使铸件开裂；c）开箱时间：在砂箱中冷却慢，在空气中冷却快，内应力大；d）水爆清砂。49 6 6、钢中的气体、钢中的气体 钢中的气体主要是氢、氮和氧，危害最大的是氢。严格的限制标准是：H：1-3PPm O：60-80PPm N：80-110PPm50511 1）氢：氢的危害）氢：氢的危害 产生大量细小的气孔、针孔，存在于铸件表皮下（白点）冷却较慢；以极微小的质点在晶格内部析出，形成很高的应力状态（氢脆）冷却较快。2H=H2 H 塑性、韧性 （FeO）+2H=H2O+Fe 例：生产薄壁铸钢件的工厂，由于针孔报废的铸件占废品总量的40%左右。522 2）氮：氮的危害）氮：氮的危害 在钢中形成针孔、气孔；和某些元素（Si、Zr、Al等）生产氮化物。例：若钢水中N和Al的含量过高，则易生成AlN，产生“石状断口”（脆性断裂）。53 氮好的作用方面：氮好的作用方面：氮扩大A体区（其作用为Ni的20倍）可用于制造Cr-Mn-N、Cr-Ni-N不锈钢，其加入量为0.20-0.35%（以BN、CrN、ZrN合金加入）。543 3）氧：）氧：固态钢中溶解度很小。在500以下，氧在-Fe（A体）中只能溶0.002-0.003%，在-Fe（F体）中溶解0.001%。55氧的危害：氧的危害：产生气孔C+FeOFe+CO 形成SiO2、FeO、MnO、Al2O3等非金属夹杂物；FeO和FeS作用，生成低熔点共晶。564 4）除气措施）除气措施 熔炼时脱碳、脱氧：FeO+CFe+CO；浇注前静置（如35分钟）；真空熔炼；其他方法，如AOD法。