铸钢生产:性能和成分

在铸造厂进行测试和检验

铸钢是一种含铁合金，最大含碳量约为0.75%。铸钢件是用钢液填充模具内的空隙而制成的固体金属物体。它们可以在许多同样的碳钢和合金钢中使用，而这些钢可以制成变形金属。铸钢的机械性能一般比锻钢低，但化学成分相同。铸钢弥补了这一缺点，它能在更少的步骤中形成复杂的形状。

铸钢性能

铸铁可以生产各种特性。取决于化学成分和热处理，显着变化铸钢的物理性质。它们被选中以匹配预期应用程序的性能要求。

• 硬度
  一种材料耐磨损的能力。碳含量决定了钢可获得的最大硬度或淬透性。

• 力量
  使材料变形所需的力的大小。含碳量和硬度越高，钢的强度就越高。

• 延性
  金属在拉伸应力下变形的能力。低碳和低硬度的钢具有较高的延展性。

• 韧性
  承受压力的能力。延性的增加通常伴随着较好的韧性。韧性可以通过添加合金金属和热处理来调整。

• 耐磨性
  材料对摩擦和使用的阻力。铸钢与类似成分的锻钢具有相似的耐磨性。添加钼、铬等合金元素可提高耐磨性。

• 耐腐蚀性能
  抗氧化性材料的抗氧化和抗锈性铸钢与锻钢具有相似的耐腐蚀性能。铬和镍含量高的高合金钢具有很高的抗氧化性。

• 切削加工性能
  通过加工（切割，研磨或钻井）除去材料，钢铸件可以容易地改变形状。可加工性受硬度，强度，导热性和热膨胀的影响。

• 可焊性
  钢铸件无缺陷焊接的能力。可焊性主要取决于铸钢件的化学成分和热处理。

• 耐高温特性
  在高于环境温度下操作的钢在氧化，氢气损伤，亚硫酸盐缩放和碳化物不稳定性导致的温度下进行降低的机械性能和早期失效。

• 低温性能
  铸钢的韧性在低温时严重降低。合金化和专门的热处理可以提高铸件承受载荷和应力的能力。

铸钢化学成分

铸钢的化学成分对其性能有重要影响，通常用于对钢进行分类或指定标准名称。铸钢可分为两大类——碳铸钢和合金铸钢。

碳铸钢

锻钢,碳铸造钢可以根据它们的含碳量进行分类。低碳铸钢(含0.2%碳)相对较软，不易热处理。中碳铸钢(0.2-0.5%碳)较硬，易于热处理增强。当需要最大的硬度和耐磨性时，应使用高碳铸钢(含0.5%碳)。

合金铸钢

合金铸钢分为低合金和高合金两种。低合金铸钢(合金含量≤8%)与普通碳钢相似，但淬透性更高。高合金铸钢(> 8%合金含量)设计用于产生特定的性能，如耐腐蚀、耐热或耐磨。

普通的高合金钢包括不锈钢（> 10.5％铬）和Hadfield的锰钢（11-15％锰）。加入铬，在暴露于氧气时形成氧化铬的钝化层，给药不锈钢优异的耐腐蚀性。哈尔菲尔德钢中的锰含量为艰苦工作而提供高强度和耐磨性。

ASTM	化学要求					拉伸要求
钢的等级	碳	锰	硅	硫	磷	抗拉强度	屈服点	延伸率在2英寸。	断面收缩率
	最大% /范围					最小ksi [Mpa] /量程		分钟。%
	Astm a27 / a27m
ASTM A27，N-1级	0．25	０．７５	0．80	0．06	0．05	N/A	N/A	N/A	N/A
ASTM A27，N-2级	0．35	0.60	0．80	0．06	0．05	N/A	N/A	N/A	N/A
ASTM A27，等级U60-30	0．25	０．７５	0．80	0．06	0．05	60 [415]	30 [205]	22	30.
ASTM A27, 60-30级	0．30	0.60	0．80	0．06	0．05	60 [415]	30 [205]	24	35
ASTM A27, 65-35级	0．30	0.70	0．80	0．06	0．05	65年[450]	35 [240]	24	35
ASTM A27, 70-36级	0．35	0.70	0．80	0．06	0．05	70 [485]	36 [250]	22	30.
ASTM A27, 70-40级	0．25	1．20	0．80	0．06	0．05	70 [485]	40 [275]	22	30.
	Astm a148 / a148m
ASTM A148, 80-40级	N/A	N/A	N/A	0．06	0．05	80年[550]	40 [275]	18	30.
ASTM A148, 80-50级	N/A	N/A	N/A	0．06	0．05	80年[550]	50 [345]	22	35
ASTM A148, 90-60级	N/A	N/A	N/A	0．06	0．05	90年[620]	60 [415]	20.	40
	ASTM A216 / A216M
ASTM A216, WCA等级	0．25	0.70	0.60	0.045	0．04	60 - 85 (415 - 585)	30 [205]	24	35
ASTM A216, WCB等级	0．30	1．00	0.60	0.045	0．04	70-95 [485-655]	36 [250]	22	35
ASTM A216, WCC等级	0．25	1．20	0.60	0.045	0．04	70-95 [485-655]	40 [275]	22	35

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铸钢等级

钢的成绩由标准组织如ASTM国际,美国钢铁协会，而且汽车工程师学会用特定的化学成分和相应的物理性能对钢进行分类。铸造厂可以开发自己的内部等级的钢，以满足用户对特定性能的需求或使特定的生产等级标准化。

锻造钢的规格常常用来按主要合金元素对不同的铸造合金进行分类。然而，铸钢不一定遵循锻钢成分。铸钢中硅和锰的含量往往高于锻钢。除了高含量的硅和锰外，合金钢也使用铝，钛和锆铸造过程中去氧化的锆。铝主要用于其有效性和相对低成本的脱氧剂。

铸钢生产

铸钢的实践可以追溯到18世纪50年代晚期，比美国的铸造其他金属。钢材的高熔点，以及缺乏可用于熔化和工艺金属的技术，延迟了钢铁铸造行业的发展。熔炉技术进步克服了这些挑战。

熔炉是一种内衬耐火材料的容器，它包含“炉料”，这是要熔化的材料，并为熔化提供能量。现代铸钢厂使用两种炉型:电弧炉和感应炉。

电弧炉

电弧炉通过石墨电极之间的电弧将批量金属熔化为“加热”。电荷直接通过电极之间，从持续的放电，将其暴露于热能。

电弧炉遵循一接一接的操作循环:

1. 装炉
   将废钢和合金负荷加到炉中。

2. 融化
   钢是通过向炉内提供能量来熔化的。电能通过石墨电极提供，通常是钢熔炼过程中最大的贡献者。化学能是通过氧燃料燃烧器和氧枪提供的。

3. 精炼
   在熔化过程中注入氧气以去除杂质和其他溶解的气体。

4. 脱泥
   在分接到外，通常含有不希望的杂质的过量矿渣在浴中取出。在浇注之前也可以在钢包内进行脱渣。

5. 敲(或敲出)
   将炉体倾斜，将金属倒入如钢包这样的转运容器中，即可将金属从炉中取出。

6. 炉回车场
   为下一个炉料周期完成抽丝和准备工作。

在该方法中通常在各个阶段进行连续额外的步骤，以进一步将钢氧化并在浇注之前从金属中除去炉渣。钢铁的化学可能需要调整以在延长的拍摄过程中考虑合金耗尽。

感应炉

感应炉是一种通过感应来传递热能的电炉。一个铜线圈围绕着不导电的电荷容器，交流电通过线圈产生电荷内的电磁感应。

感应炉能够熔化大多数金属，并且在操作时熔化损失最小。缺点是这种金属几乎不可能精炼。与电弧炉不同，钢是无法转化的。

现代钢铁厂经常使用回收钢材降低了铸造生产的成本和对环境的影响。废弃的汽车、机械部件和类似的物品被分离、调整大小，然后作为废料运往铸造厂。这是结合内部废料产生铸造加工并结合各种合金元素，给熔炼炉装料。

热处理

铸造凝固后，从模具中取出并清洁，铸钢的物理性质通过适当开发热处理．

• 退火
  将铸钢件加热到特定温度，保持一段特定时间，然后慢慢冷却。

• 正常化
  类似于退火，但铸铁件是在露天冷却的，有时用风扇。这有助于铸件获得更高的强度。

• 淬火
  与常态化相似，但使用强制空气冷却的速度要快得多。水或油可用作淬火介质。

• 回火(或缓解压力)
  用于消除铸件内部应力的技术。这些应力可能出现在铸造过程中，或在强化或淬火热处理(如正火或淬火)过程中。消除应力包括将铸件加热到远低于退火温度的温度，并保持在该温度，然后缓慢冷却。

铸钢检验

钢铸件经常要接受检查，以验证具体的物理性能，如尺寸精度、铸件表面光洁度和内部完好性。此外，还必须检查化学成分。加入材料中的微量合金元素对材料的化学成分有显著影响。铸钢合金易受其化学成分变化的影响，因此在铸造前需要进行化学分析以验证准确的化学成分。一小部分熔融金属然后倒入模具进行分析。

尺寸精度

进行尺寸检查，以确保生产的铸件满足客户的尺寸要求和公差(包括公差)加工．有时可能需要破坏铸件样品来测量内部尺寸。

表面光洁度的条件

采用铸件表面光洁度检查，探讨铸件的美观性。他们寻找铸件表面和次表面上可能不明显的缺陷。铸钢件的表面光洁度可能受到图案的类型、型砂和使用的模具涂层，以及铸件的重量和清洗方法的影响。

内部合理性

所有铸件存在一些缺陷级别，并且声音规范确定了可接受的缺陷阈值。最大允许缺陷级别的过度规格将导致废料率更高，铸造成本更高。最大允许缺陷级别的规范可能导致失败。

钢铸件中发生的三种常见的内部缺陷是：

1. 孔隙度
   铸件内的空隙，其特点是内壁光滑、有光泽。气孔通常是铸造过程中气体逸出或气体圈闭的结果。

2. 夹杂物
   铸造中的异物片。夹杂物可以是金属，金属间或非金属的。夹杂物可以来自模具（碎片，沙子或芯材）内，或者在浇注过程中可以进入模具。

3. 收缩
   通常在铸件内部的空位或低密度区域。这是由于在凝固过程中没有足够的金属原料来供应材料的熔融岛造成的。缩孔的特点是内部表面呈粗糙的结晶状。

化学分析

铸钢的化学分析通常采用湿化学分析方法或光谱化学方法。湿化学分析最常用于确定小样品的组成，或验证产品分析后的生产。相比之下，在繁忙的铸造生产环境中，用分光计分析非常适合常规和快速测定较大样品的化学成分。铸造厂能进行热和产物级的化学分析。

热分析

在热分析期间，从炉子中涂上液体铸钢的小样品，使其固化，然后使用分光细胞分析分析化学成分。如果合金元素的组成不正确，可以在铸造之前在炉子或钢包中进行快速调节。一旦正确地，通常认为热分析是对整个金属热量的组成的准确表示。然而，由于合金元素的偏析，预期化学成分的变化，并且倒出钢热量所需的时间。在浇注过程中可能发生某些元素的氧化。

产品分析

产品分析是为了进行特定的化学分析验证，因为浇注的单个铸件的成分可能不完全符合适用的规范。即使在热分析正确的情况下，产品从热钢中倒出，也会发生这种情况。行业实践和标准确实允许热分析和产品分析之间存在一些差异。

铸钢测试

通过改变铸钢的成分和热处理，可以获得碳素钢和合金钢铸件的各种力学性能。铸造厂在产品完成之前，利用专门的测试方法检查机械性能。

说到铸钢的检测，工业上有两种检测方法:破坏性检测和非破坏性检测。破坏性测试要求破坏试铸模，以直观地确定零件的内部完好性。这种方法只提供有关被测试件的情况的信息，而不能确保其他件是完好的。非破坏性测试用于在不损坏铸件本身的情况下验证铸件的内部和外部的可靠性。铸件一旦通过测试，就可以用于预期的用途。

拉伸性能

钢铸件的拉伸性能是铸件在缓慢加载条件下承受载荷的能力的指示。拉伸性能是用一个有代表性的铸型样品来测量的，该铸型样品在受控的拉伸载荷(施加在拉伸杆两端的拉力)作用下直到断裂。破坏时，测试拉伸性能。

拉伸性能

属性

描述

抗拉强度

在张力或拉伸载荷下使铸件断裂所需的应力。

屈服强度

在拉伸状态下铸件开始屈服或拉伸并表现出塑性变形的点。

延伸率(%)

延展性或铸件塑性变形能力的量度。

面积减少(%)

铸造延性的次要措施。

展示了受拉杆的原始横截面面积与受拉破坏后的最小横截面面积之间的差异。

弯曲性能

弯曲性能是通过一个矩形的代表性样品围绕一根大头针弯曲到一个特定的角度来确定铸件的延展性。由此产生的弯曲杆被观察，以检查不良开裂。

影响特性

冲击性能是通过测试破坏标准缺口样品所需的能量而导致的韧性的衡量标准。打破样品所需的能量越多，铸造材料更加艰难。

硬度

硬度是用压痕试验来衡量铸件的抗渗透能力。这是表明铸钢耐磨性和耐磨性的一种性能。硬度测试也可以提供一个简单的，常规的方法来测试生产环境中的抗拉强度指标。硬度标度测试结果通常与抗拉强度性能密切相关。

定制铸造服务

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