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碳素鑄鋼件與合金鑄鋼件化學元素講解

鑄鋼件于強度、塑性和韌性要求更高的機器零件，需要采用鑄鋼件。鑄鋼件的產量僅次于鑄鐵，約占鑄件總產量的15%。

 

一、按照化學成分鑄鋼可分為碳素鑄鋼和合金鑄鋼兩大類。

 

其中以碳素鑄鋼應用最廣，占鑄鋼總產量的80%以上。

 

1、碳素鑄鋼件

 

一般的，低碳鋼ZG15的熔點較高、鑄造性能差，僅用于制造電機零件或滲碳零件；中碳鋼ZG25～ZG45，具有高于各類鑄鐵的綜合性能，即強度高、有優良的塑性和韌性，因此適于制造形狀復雜、強度和韌性要求高的零件，如火車車輪、鍛錘機架和砧座、軋輥和高壓閥門等，是碳素鑄鋼中應用最多的一類；高碳鋼ZG55的熔點低，其鑄造性能較中碳鋼的好，但其塑性和韌性較差，僅用于制造少數的耐磨件。

 

2、合金鑄鋼件

 

根據合金元素總量的多少，合金鑄鋼可分為兩低合金鋼和高合金鋼大類。

 

(1)低合金鑄鋼，我國主要應用錳系、錳硅系及鉻系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用來制造齒輪、水壓機工作缸和水輪機轉子等零件，而ZG40Cr1常用來制造高強度齒輪和高強度軸等重要受力零件。

 

(2)高合金鑄鋼，具有耐磨、耐熱或耐腐蝕等特殊性能。如高錳鋼ZGMn13，是一種抗磨鋼，主要用于制造在干磨擦工作條件下使用的零件，如挖掘機的抓斗前壁和抓斗齒、拖拉機和坦克的履帶等；鉻鎳不銹鋼ZG1Cr18Ni9和鉻不銹鋼ZG1Cr13和ZGCr28等，對硝酸的耐腐蝕性很高，主要用于制造化工、石油、化纖和食品等設備上的零件。

鑄鋼件與鑄造鍛鋼件的特點區別？

鑄造鍛鋼件學性能的各向異性并不顯著，這是優于鍛鋼的一方面。研究工作表明，軋制鋼材縱向力學性能通常略高于同牌號的鑄鋼件，橫向性能則低于鑄鋼件，其平均性能基本上與質量良好的鑄鋼件大致相同。有些高技術產品，在零件的設計過程中往往要考慮材料在3個坐標軸方向的性能，鑄鋼件的上述優點就值得被足夠地重視。

鑄鋼件不論其重量大小、批量多少，均易于按設計都的構思制成具有合理外形和內部輪廊、剛度高、形狀復雜且應力集中不顯著的零件。單件或小批量生產時，可用木質模樣（模樣及蕊盒）或聚苯乙烯氣化模樣，生產準備的周期很短；批量生產時，可用塑料或金屬模樣，并用適當的造型工藝，使鑄件有符合要求的尺寸精度和表面質量。這些特點是鍛件難以做到的。

鑄鋼件的常見質量檢測

鑄鋼件在鑄造生產中往往由于原材料質量不合格、工藝不合理、生產管理不完善或操作不當等原因，使鑄件中難免產生有某些冶金缺陷和鑄造缺陷。這些缺陷在鑄件中影響其外觀質量、內在質量和鑄件的使用性能。

    隨著鑄件壁厚的增加，其形狀的復雜化和鋼中合金化程度的提高，這些缺陷對鑄件的工藝性能和力學性能等的影響變得明顯，甚至嚴重地影響鑄鋼件的總體質量，造成鑄件的不合格或報廢。

    借助實驗室的化學分析技術、材料的力學和物理性能測試、金相宏觀和微觀組織及電子光學金相的試驗和分析，以及對鑄造工藝性能的測試和鑄件成品的無損檢測，可有效地檢驗出鑄鋼在冶煉凝固過程中以及后續工序（如切割、焊補、熱處理）過程中產生的各種宏觀和微觀組織的缺陷，并顯示其形貌特征、分布形態及部位、數量、大小和取向。

根據其化學成分特征及對力學性能和工藝性能的影響可判斷缺陷的屬性、形成原因及對鑄件質量的影響程度。為此可以深入地研究鑄件凝固規律和特性，以便通過改進冶煉、澆注或鑄造、清理、熱處理等工藝技術或質量管理等措施進行綜合冶理，可有成效地減輕缺陷的嚴重程度，保證鑄件的質量，提高鑄鋼件的復雜的應力狀態下，如在高溫、振動、磨損、腐蝕等不同工況下的使用性能。

鑄鋼件的優點有哪些？

鑄鋼件的優點之一是設計的靈活性。設計人員對鑄件的形狀和尺寸有最大的設計選擇自由，特別是形狀復雜和中空斷面的靈件，鑄鋼件可采用組蕊這一獨特的工藝來制造。其成形和形狀改變卻十分容易，從圖樣到成品的轉化速度很快，有利于快速報價響應和交貨期的縮短。形狀和質量的完善化設計（state of the art）、最小的應力集中系數以及整體結構性最強等特點，都體現鑄鋼件設計的靈活性和工藝優勢：

    1）鑄鋼件冶金制造適應性和可變性強，可以選擇不同的化學成分和組織控制，適應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選擇力學性能和使用性能，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構性強，因而提高了工程可靠性。再加上減輕重量的設計和交貨期短等優點，在價格和經濟性方面具有競爭優勢。

    3）鑄鋼件的重量可在很大的范圍內變動。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數噸、數十噸乃至數百噸。

鑄鋼件的鑄造特點是什么？

鑄鋼件的鑄造特點是：鑄鋼件的機械性能比鑄鐵高，但其鑄造性能卻比鑄鐵差。因為鑄鋼的熔點較高，鋼液易氧化、鋼水的流動性差、收縮大，其體收縮率為百分之十到十四，線收縮為百分之1.8-2.5。為防止鑄鋼件產生澆不足、冷隔、縮孔和縮松、裂紋及粘砂等缺陷，必須采取比鑄鐵復雜的工藝措施： 

    1、由于鋼液的流動性差，為防止鑄鋼件產生冷隔和澆不足，鑄鋼件的壁厚不能小于8mm；澆注系統的結構力求簡單、且截面尺寸比鑄鐵的大；采用干鑄型或熱鑄型；適當提高澆注溫度，一般為1520℃～1600℃，因為澆注溫度高，鋼水的過熱度大、保持液態的時間長，流動性可得到改善。但是澆溫過高，會引起晶粒粗大、熱裂、氣孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形狀復雜的鑄件，其澆注溫度約為鋼的熔點溫度+150℃；大型、厚壁鑄件的澆注溫度比其熔點高出100℃左右。

    2、由于鑄鋼件的收縮大大超過鑄鐵，為防止鑄件出現縮孔、縮松缺陷，在鑄造工藝上大都采用冒口和、冷鐵和補貼等措施，以實現順序凝固。 此外，為防止鑄鋼件產生縮孔、縮松、氣孔和裂紋缺陷，應使其壁厚均勻、避免尖角和直角結構、在鑄型用型砂中加鋸末、在型芯中加焦炭、以及采用空 心型芯和油砂芯等來改善砂型或型芯的退讓性和透氣性。