影响铸钢品质的要素

影响铸钢性能的一些因素 一 钢中常见杂质元素的影响 钢中常见的杂质元素有 P S H N O 等 这些元素在一般情况下对钢的性能起有害作用 但其中有 的元素在特定的条件下 也能起有益的作用 成为特意加入的合金元素 这几种杂质元素的来源及其在钢中的 作用见表 1 2 表表 1 2 钢中常见杂质元素及其作用钢中常见杂质元素及其作用 元素元素来来 源源作作 用用 P 炼钢过程中 从炉料引入 磷微溶于钢中 当钢中含磷量 形成 Fe 2P 在晶粒周界析出 降低钢的塑性和韧 性 增加冷 热裂倾向 S 炼钢过程中 从炉料引入 1 硫在钢中以 FeS Fe 共晶体存在于钢的晶粒周界 降低钢的力学性能 优制 钢含硫量一般应限制在 0 04 以下 2 在机械制造中 有时为了改善某些钢的切削加工性能 人为将含硫量提高 以形成硫化物 起中断基体连续性的作用 3 硫含量的提高 增加铸件热裂倾向 H 炼钢过程中钢 液从炉气中吸 收氢 钢液中氢的溶解度随温度升高而提高 在缓慢凝固条件下 氢以针孔形态析出 快速凝固时 析出氢在铁的晶格内造成高应力状态 导致脆性 N 炼钢过程中钢 液从炉气中吸 收氮 1 钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出 并与钢中的 Si Al Zr 等元素化合 生成 SiN AlN ZrN 等氮化物 少量氮化物能细化钢的晶粒 氮 休物多时 会使钢的塑性和韧性降低 2 氮属于扩大奥氏体区元素 在钢中可部分代替镍的作用 是铬锰氮不锈钢中 的合金元素 在超低碳不锈钢中 可代替碳的作用 提高钢的强度 O 炼钢过程中 钢液被氧化 1 钢液中溶解的 FeO 在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应 生成一氧 化碳气泡 在铸件中造成气孔 2 钢液凝固过程中 FeO 因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处 降低钢的性 能 二 钢中非金属夹杂物的影响 钢中的非金属夹杂物包括氧化物 硫化物 硫氧化合物 硅酸盐化合物及氮化物等 这些夹杂物的来源 有外来的和自生的两类 外来的夹杂物包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物 炉衬因经常受侵蚀而脱落的耐 火材料等 自生的夹杂物是在炼钢过程中及钢液浇注过程中 由于钢液中元素氧化或发生其它化学反应而生成 的 夹杂物对钢的力学性能有害 特别是对韧性的削弱作用较大 为减轻夹杂物的有害作用 可采取两种途径 1 清除夹杂物 如在炼钢氧化期中 使钢液良好地沸腾 藉以有效地清除夹杂物 并在出钢后浇注前使用钢液在钢包中 镇静一段时间 5 10min 使夹杂物自钢液中上浮 采用炉外吹氩精炼 或将钢液过滤 都能有效地清除钢 液中的夹杂物 2 改善夹杂物形态 夹杂物对钢削弱作用的程度依其形状及分布状况而定 带尖角的多角形夹杂物在钢中造成大的应力集中 在外力作用下易形成裂纹源 而颗粒状和球状夹杂则危害较小 条状夹杂物沿晶粒周界以网状或断续网状分布 时 对钢的割裂作用较大 而呈岛状弧立分布的夹杂物的割裂作用较小 如采用稀土合金对钢液进行处理 以使多角形氧化物和条状硫化物为球状的稀土硫氧化合物 就能降低夹杂物 对钢的削弱作用 三 夹杂物含量在电炉钢生产过程中的变化 1 炉料全熔化 夹杂物的含量较高 2 氧化期 夹杂物的含量总趋势下降 3 还原期 加入预脱氧剂和合金 杂质含量升高 后慢慢降低 4 镇静 夹杂物上浮 5 吹氩 氧化物 硫化物杂质含量降低 但氮化物几乎不变 6 浇注 由于二次氧化 钢水对浇注系统的冲刷 氧的析出并与其它元素发生反应 夹杂物含量上升 7 凝固 温度下降 显微偏析 枝晶的液体富集的溶质元素易发生一系列反应 形成氧化物 硫化物 影响铸件质量的因素 第一是铸件的设计工艺性 进行设计时 除了要根据工作条件和金属材料性能来确定铸件几何形状 尺寸大小外 还必须从铸造合金 和铸造工艺特性的角度来考虑设计的合理性 即明显的尺寸效应和凝固 收缩 应力等问题 以避免或减 少铸件的成分偏析 变形 开裂等缺陷的产生 第二要有合理的铸造工艺 即根据铸件结构 重量和尺寸大小 铸造合金特性和生产条件 选择合适的分型面和造型 造芯方法 合 理设置铸造筋 冷铁 冒口和浇注系统等 以保证获得优质铸件 第三是铸造用原材料的质量 金属炉料 耐火材料 燃料 熔剂 变质剂以及铸造砂 型砂粘结剂 涂料等材料的质量不合标准 会使 铸件产生气孔 针孔 夹渣 粘砂等缺陷 影响铸件外观质量和内部质量 严重时会使铸件报废 第四是工艺操作 要制定合理的工艺操作规程 提高工人的技术水平 使工艺规程得到正确实施 铸造生产中 要对大型机床铸件的质量进行控制与检验 首先要制定从原材料 辅助材料到每种具体产品 的控制和检验的工艺守则与技术条件 对每道工序都严格按工艺守则和技术条件进行控制和检验 最后对 成品铸件作质量检验 要配备合理的检测方法和合适的检测人员 一般对铸件的外观质量 可用比较样块 来判断铸件表面粗糙度 表面的细微裂纹可用着色法 磁粉法检查 对铸件的内部质量 可用音频 超声 涡流 X 射线和 射线等方法来检查和判断 型砂和芯砂的质量直接影响铸件的质量 型砂质量 不好会使铸件产生气孔 砂眼 粘砂 夹砂等缺陷 良好的型砂应具备下列性能 1 透气性型 高温金属液浇入铸型后 型内充满大量气体 这些气体必须由铸型内顺利 排出去 型砂这种能让气 体透过的性能称为透气性 否则将会使铸件产生气孔 浇不足等缺陷 铸型的透气性受砂的粒度 粘土含 量 水分含量及砂型紧实度等因素的影响 砂的粒度越细 粘土及水分含量越高 砂型紧实度越高 透气 性则越差 2 强度 型砂抵抗外力破坏的能力称为强度 型砂必须具备足够高的强度才能在造型 搬运 合箱过程中不引 起塌陷 浇注时也不会破坏铸型表面 型砂的强度也不宜过高 否则会因透气性 退让性的下降 使铸件 产生缺陷 3 耐火性 高温的金属液体浇进后对铸型产生强烈的热作用 因此型砂要具有抵抗高温热作用的能力即耐火性 如造型材料的耐火性差 铸件易产生粘砂 型砂中 SiO2 含量越多 型砂颗粒越大 耐火性越好 4 可塑性 指型砂在外力作用下变形 去除外力后能完整地保持已