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鑄鋼件的優(yōu)點之一是設(shè)計的靈活性,設(shè)計人員對鑄件的形狀和尺寸有最大的設(shè)計選擇自由,特別是形狀復(fù)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(zhuǎn)化速度很快,有利于快速報價響應(yīng)和交貨期的縮短。形狀和質(zhì)量的完善化設(shè)計、最小的應(yīng)力集中系數(shù)以及整體結(jié)構(gòu)性最強等特點,都體現(xiàn)鑄鋼件設(shè)計的靈活性和工藝優(yōu)勢:

1、鑄鋼件冶金制造適應(yīng)性和可變性強,可以選擇不同的化學(xué)成分和組織控制,適應(yīng)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(nèi)選擇力學(xué)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(jié)構(gòu)性強,因而提高了工程可靠性。再加上減輕重量的設(shè)計和交貨期短等優(yōu)點,在價格和經(jīng)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(nèi)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(dá)數(shù)噸、數(shù)十噸乃至數(shù)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(xì)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(nèi)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(jié)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(fù)雜。

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

1、電站設(shè)備

電站設(shè)備是高技術(shù)產(chǎn)品,其主要零件都在高負(fù)荷下長時間連續(xù)地運轉(zhuǎn),火電站和核電站設(shè)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(yán)格的要求。鑄鋼件能最大限度地滿足這些要求,在電站設(shè)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(chǎn)安全密切相關(guān),因此。保證安全是至關(guān)重要的,機車車輛的一些關(guān)鍵部件,如車輪、側(cè)架、搖枕、車鉤等,都是傳統(tǒng)的鑄鋼件。

鐵路轉(zhuǎn)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(fù)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(fù)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(chǎn)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(chǎn)生,必須在工藝上采取相應(yīng)措施。

生產(chǎn)鑄鋼件用型砂應(yīng)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(chǎn)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(shè)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(shè)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(shè)置冒口。冷鐵也應(yīng)用較多。此外,應(yīng)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(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的鑄鋼件,這類鑄件塑性差,鑄造應(yīng)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(xué)反應(yīng)形成的產(chǎn)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(dāng)?shù)仍��?在鑄鋼件壁厚的中部產(chǎn)生了細(xì)的晶界裂紋或者晶界中產(chǎn)生細(xì)微的空隙,而形成的疏松結(jié)構(gòu),這部分晶粒間的結(jié)合相當(dāng)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(zhì)過多,加之內(nèi)應(yīng)力(熱應(yīng)力和組織應(yīng)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(yīng)力集中嚴(yán)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(fù)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(fù)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(rèn)。

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(fù)雜,以人工缺陷為基準(zhǔn)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(zhì)量要求較低,允許存在單個缺陷尺寸較大,數(shù)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?qū)�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(yīng)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(dāng)觸頭與鑄件表面未完全接觸時不接通電流,當(dāng)電流已經(jīng)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(jīng)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(yīng)力的影響,有些裂紋(冷裂紋)會延遲開裂,所以不應(yīng)在鑄造后立即檢測,而應(yīng)在1~2天后再檢測。

5、鑄件缺陷如果超過驗收標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生。

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