影响合金钢精铸件性能的因素

精铸人生

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我们经常遇到合金钢精铸件性能问题，怀疑是热处理工艺不当。其实铸件性能是铸造工艺和热处理工艺的综合反映，其中铸造工艺是根本。如果铸件本身基体不理想，晶粒粗大，杂质多，无论怎样调整热处理规范都很难达到理想的效果的。下面就结合自己的工作经验，谈一点粗浅的看法。

一、        铸造工艺

1、        化学成份

成份是保证铸件性能的基础，首先需重点控制C、Si、Mn含量。C是提高钢的强度的最重要的因素，Si、Mn是强化作用较大的元素，在合金钢中得到广泛应用。随着C、Si、Mn增多，强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。此外需控制S、P含量，这已经是一个常识性问题，但有的工厂成份控制不是很严格，有的甚至没有进行成份检测，铸件性能是没有保障的。此外N、Ti、Al、V、Zr、Mo、W等元素对铸件性能也有一定影响，但不是每种铸件都用得上，这里不再细说。

2、        熔炼浇注

熔炼浇注也包含了对化学成份的控制。除了C、Si、Mn，最常用的合金元素还有Ni、Cr。常用的脱氧方式为硅铁、锰铁、硅钙等。有的工厂喜欢浇注前在浇包中丢铝块终脱氧，但对铬镍钢要慎用。铬镍钢的缺点是容易出现石状断口，使铸件在铸造和热处理过程中出现开裂。石状断口是一种晶间断口，它的成因是由于氮化铝夹杂物在奥氏体晶界上析出的结果。氮化铝夹杂物在奥氏体中的溶解度随温度的降低而降低，当铸件在1100-1200℃间缓冷时，氮化铝夹杂物将在奥氏体晶界上析出，严重消弱晶界强度。铸件冷速愈慢，钢中残留的铝和氮量愈高，则形成的氮化铝夹杂物也愈多。因此在熔炼过程中，为防止石状断口，不能用铝脱氧，并尽量缩短熔炼时间，以减少钢中铝、氮含量，浇注后应尽量加快铸件的冷却速度。铬、镍、锰等元素能提高钢的凝固收缩值，故能提高钢的疏松和热裂倾向。尤其是马氏体钢，由于铬量较高，易形成氧化铬膜和氮、碳化物难熔质点，流动性较差，在铸件中容易造成欠铸、夹杂等缺陷。

有的铸件由于热节分散，或有局部大的薄壁、细长结构，熔炼浇注工艺陷入两难选择：浇注温度太低，铸件充型很困难，易发生欠铸、气孔等缺陷；浇注温度太高，铸件晶粒粗大，易出现裂纹、疏松等缺陷,铸件性能也不理想。这就必须优化浇注系统，有利于铸件充型。尽量搞高壳型温度、降低浇注温度。对壳型的要求是，浇注前温度尽可能高，浇注后冷却速度尽可能快，这又是相互矛盾的。如果过程控制得好，最好空壳浇注，以保证浇注后冷却速度，但壳型出炉后到浇注时间间隔尽可能短。

有条件的话，铸件最好放在真空浇注，有助于降低浇注温度，减少欠铸、夹杂等缺陷，并能提高性能。真空浇注虽然比非真空浇注增加了成本，但铸件合格率上升，表面质量和性能都有较大提高。如果铸件技术要求高，价位也合理，放在真空浇注是合算的。

二、热处理工艺

常用的热处理方式通常包括正火、退火、淬火和回火。这里主要说一下用得较多的不锈钢淬火。淬火的目的是为了得到马氏体，并防止碳化物的析出。淬火工艺参数的选择应注意两点：一是要得到尽可能多的马氏体，而又不使晶粒粗大，从而提高钢的机械性能；二是要得到尽可能均匀的单相组织，以提高其抗蚀能力。淬火温度过低，碳化物不能溶入奥氏体中。淬火温度和时间要保证碳化物充分溶解而得到高的硬度、强度,时间一般在2小时以上，温度一般1000℃以上。一般均采用油冷淬火。回火的目的是为了消除淬火应力和提高冲击韧性。在500℃以上回火时，由于碳化物聚集长大，所以强度迅速下降，塑性上升。马氏体不锈钢有回火脆性倾向，回火后应采用较快速度冷却。

在实际生产中，大量铸件成箱堆放，空冷难以保证较快的冷却速度，因而铸件有回火脆性倾向，影响到铸件塑性。所以需油冷或水冷才有效果。

热处理规范要参照铸件化学成份来制定。如果铸件C、Si、Mn含量较高，则回火温度也要偏高，才能保证铸件有足够的塑性、韧性；如果C、Si、Mn含量较低，则回火温度也要偏低一点，才能保证铸件有足够的强度、硬度。

结论：

1、        铸件性能是铸造工艺和热处理工艺的综合反映，其中铸造工艺是根本。铸造及热处理规范稍不合理就容易顾此失彼，需综合考虑。

2、        铸造工艺需严格控制化学成份，主要是C、Si、MnS、P含量。浇注时尽量提高壳型温度、降低浇注温度，浇注后应尽量加快铸件的冷却速度（但需保证不出现裂纹），铬镍钢不能用铝脱氧，有条件的话，可考虑真空浇注。

3、        热处理工艺中，淬火时淬火温度和时间要有保证。回火后应采用较快速度冷却。热处理规范要参照铸件化学成份来制定。

老翻砂匠

楼主分析得很精彩

精铸人生

楼主分析得很精彩
8 Y+ f8 p1 n) g: N( x# e" A  F老翻砂匠 发表于 2011-5-8 09:17

6 p: j' b% G" W% Q) O' E6 x! G9 x                               
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$ v6 i  k2 L( t  x6 T见过你不少贴子，都很有深度，表明你经验很丰富。请多指教！

zjy95381

回复 1# 精铸人生

: ?4 Q" F. v6 _" C% v1 n6 L& V
    铬镍钢是含量在10%以上的钢吧，如果含量只要1%左右，加铝脱氧应该没什么关系吧，还是尽可能的少用？请教

精铸人生

回复  精铸人生
5 ]5 O6 c$ C4 M2 E, a3 M

3 |% q6 ?5 r. H2 a9 @4 C! f9 d    铬镍钢是含量在10%以上的钢吧，如果含量只要1%左右，加铝脱氧应该没什么关系吧，还 ...
zjy95381 发表于 2011-5-8 12:31

! H7 |% t6 q9 j  A1 X                               
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5 r$ E1 }2 [+ J; y; n# F
+ W$ ~) l3 }) {2 i我说的只是慎用。如果浇注温度不高，冷却速度很快。铬镍钢也是可以用铝脱氧的，含量只要1%左右就更没问题了。

zhanglei16

确实化学成分很重要，最进我们这做的一种高锰铝青铜，铸态出来的力学性能就不好（强度和延伸率都不够），要我给一个热处理工艺，但验收标准上的试块状态是铸态，现在搞得我头都大了，到现在都还没解决。

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确实化学成分很重要，最进我们这做的一种高锰铝青铜，铸态出来的力学性能就不好（强度和延伸率都不够），要 ...
zhanglei16 发表于 2011-5-9 10:24

                               
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对于铜合金我不懂。但据我在镍基合金、铁基合金、铝合金上的经验来看，如果强度和延伸率都不够，那就不是热处理能解决的问题了。
1 i5 Q& z8 Z# |- `1 }要么化学成份不合格，要么铸造工艺不理想，有内部缺陷或者晶粒粗大。

zhanglei16

回复 7# 精铸人生

  a7 A) X2 _& L1 m1 O: B0 w/ z
! [% P* F" ]; O( {5 ^; X2 y    我也这样认为，但上面的领导不懂啊，真气人！