勁國重工技術(shù)發(fā)布:2.7抗磨白口鑄鐵件 (見表2.1-15和表2.1-16) 表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999) 表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999) 注： 1.牌號中的DT和 GT，分別為低碳和高碳的拼音字母的字母，表示含碳全的高低。 2.鑄
2.7抗磨白口鑄鐵件(見表2.1-15和表2.1-16)
表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)
表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)
注：
1.牌號中的"DT"和" GT"，分別為“低碳”和“高碳”的拼音字母的字母，表示含碳全的高低。
2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見GB/T8263-1999。
3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補焊。
在高能量沖擊的工作條件下，高錳鋼與超高錳鋼鑄件的應(yīng)用范圍是廣闊的。許多鑄造廠，對生產(chǎn)此類鋼種鑄件缺乏必要的認(rèn)識。現(xiàn)對具體操作做簡要的說明，供生產(chǎn)者參考。
1 化學(xué)成分
高錳鋼按照國家標(biāo)準(zhǔn)分為5個牌號，主要區(qū)別是碳的含量，其范圍是0.75％－1.45％。受沖擊大，碳含量低。錳含量在11.0％－14.0％之間，一般不應(yīng)低于13％。超高錳鋼尚無國標(biāo)，但錳含量應(yīng)大于18％。硅含量的高低，對沖擊韌度影響較大，故應(yīng)取下限，以不大于0.5％為宜。低磷低硫是最基本的要求，由于高的錳含量自然起到脫硫作用，故降磷是最要緊的，設(shè)法使磷低于0.07％。鉻是提高抗磨性的，一般在2.0％左右。
2 爐料
入爐材料是由化學(xué)成分決定的。主要爐料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼（或鋼錠）、高碳錳鐵、中碳錳鐵、高碳鉻鐵及高錳鋼回爐料。這里特別提醒的是由人認(rèn)為只要化學(xué)成分合適，就可以多用回爐料。這個人士是有害的。某些廠之所以產(chǎn)品質(zhì)量不佳，皆出于此。不僅高錳鋼、超高錳鋼，凡是金屬鑄件，絕不可以過多的使用回爐料，回爐料不應(yīng)超過25％。那么，回爐料過剩該如何？只要把廢品降到，回爐料就不會過剩。
3 熔煉
這里著重講加料順序，無論用中頻爐，還是電弧爐熔煉，總是先熔煉碳素鋼，而各類錳鐵和其他貴重合金材料，要分多次，每次少量入爐，貴重元素在加入，以減少燒損。料塊應(yīng)盡量小些，以50－80mm為宜。熔清后，爐溫達到1580－1600℃時，要脫氧、脫氫、脫氮，可用鋁絲，也可用Si-Ca合金或SiC等材料。將脫氧劑一定壓到爐內(nèi)深處。金屬液面此時用覆蓋劑蓋嚴(yán)，隔斷外界空氣。還要一段時間，使氧化物、夾雜物有充足時間上浮。然而，不少企業(yè)，只將鋁絲甚至鋁屑，撒再金屬液面上，又不加覆蓋，豈不白白浪費！在此期間，及時用中碳錳鐵來調(diào)整錳與碳的含量。
鋼液出爐前，將澆包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出爐期間用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多種微量元素做變質(zhì)處理，是使一次結(jié)晶細(xì)化的必要手段，它對產(chǎn)品性能影響是至關(guān)重要的。
4 爐料與造型材料
要延長爐令，當(dāng)分清鋼種與爐襯的屬性。錳鋼屬堿性，爐襯當(dāng)然選用鎂質(zhì)材料。搗打爐襯要輪番周而復(fù)始換位操作。添加爐襯材料不可過厚，每次80厘米左右為宜，搗畢要低溫長時間烘烤。如提高生產(chǎn)效率，建議采用成型坩堝，從拆爐搗裝成，不用1小時，即可投入生產(chǎn)，同時成型坩堝對防穿爐大裨益。當(dāng)然，爐令的長短與操作者大又關(guān)系。不少操作者像擲鉛球的運動員一樣，把爐料從三四米之外投入爐內(nèi)，既不又傷爐令，應(yīng)將爐料置于爐口旁預(yù)熱，然后用夾子慢慢地將爐料順爐料置于爐口旁預(yù)熱，然后用夾子慢慢地將爐料順爐壁放入。
造型材料和涂料也應(yīng)與金屬液屬性相一致，或者用中性材料（如鉻鐵礦砂、棕剛玉等）。若想獲得一次結(jié)晶細(xì)化的基體，采用蓄熱量大的鉻鐵礦砂是明智的，尤其是消失模生產(chǎn)廠，用它將克服散熱慢的缺點。
5 鑄造工藝設(shè)計
錳鋼的特點是凝固收縮大，散熱性差，據(jù)此，在工藝設(shè)計中鑄造收縮率取2.5％－2.7％，鑄件越長大、越應(yīng)取上限。型砂與砂芯的退讓性一定要好。澆注系統(tǒng)采取開放式。多個分散的內(nèi)澆道從鑄件的薄壁處引入，且成扁而寬的喇叭狀，靠近鑄件處的截面積大于與橫澆道相聯(lián)的截面積，使金屬液快速平穩(wěn)地注入鑄型，防止整個鑄型內(nèi)的溫差過大。冒口直徑要大于熱節(jié)直徑，緊靠熱節(jié)，高度是直徑的2.5－3.0倍，必須采用熱冒口甚至澆冒口合一，讓充足的高溫金屬液來不足鑄件在凝固收縮時之空位。將直澆道、冒口位于高處（砂箱有5－8。的斜度）也是正確的。澆注時盡可能低溫快澆。一旦凝固，要及時松砂箱。聰明的設(shè)計師總是善于利用冷鐵，包括內(nèi)冷鐵于外冷鐵，它既細(xì)化一次結(jié)晶，縮孔、縮松，又提高工藝出品率，當(dāng)然，適宜的用量和規(guī)格是應(yīng)該考慮的。內(nèi)冷鐵要干凈、易熔，用量以少為宜。外冷鐵的三維尺寸與冷卻物的三維尺寸為0.6－0.7倍的函數(shù)關(guān)系。過小不起作用，過大造成鑄件開裂。鑄件在型內(nèi)要長時間保溫，直到低于200℃再開箱。
6 熱處理
熱處理開裂，是低溫階段升溫過快所致。故正確的操作是350℃以下，升溫速度<80℃/h，750℃以下，<100℃/h，且有不同時期的保溫。至>750℃時，鑄件內(nèi)呈塑性狀態(tài)，可以快速升溫了。至1050℃時根據(jù)鑄件的厚度確定保溫時間，然后再升到1100℃以上。給出爐降溫留有余地然后盡快入水。高溫時升溫太慢，保溫時間太短，出爐后到入水時間間隔過長（不應(yīng)>0.5min），這一切都影響鑄件質(zhì)量。入水溫度應(yīng)<30℃，淬火后，水溫<50℃，水量應(yīng)不小于鑄件重量的8倍。冷水從池下部進入，溫水從池頂面流出。鑄件在水池中要三個方向不停地一動。
7 切割與焊接
因為錳鋼熱傳導(dǎo)性能差，所以在切割澆冒口時應(yīng)十分注意。將鑄件置于水中，被切割部分露在水外，切割時留一定量的茬，熱處理后磨掉。
不少廠，焊接和焊補成為必然。選用奧氏體基的錳鎳焊條（D256或D266型），規(guī)格細(xì)長，φ3.2mm×350mm，外層藥皮為堿性。操作時采用小電流，弱電弧，小焊道多焊層、始終保持低溫度少熱量的操作方法。一邊焊接一邊擊打，應(yīng)力。重要鑄件必須探傷。
生產(chǎn)者要考慮的，不僅僅是降低生產(chǎn)成本，但更重要的是不出廢品，限度地出優(yōu)質(zhì)品，進而最到限度地擴大占領(lǐng)。這看起來是慢而費，實際上是快而省，這個觀念不僅認(rèn)識到，更重要的是要做到。
一、化學(xué)成份和組織的影響
高錳鋼發(fā)明之初的化學(xué)成份是C：1.0％～ 1.4％，Mn：10％～14％。國內(nèi)外在試驗研究中曾添加合金成份 Cr、Ni、V等企圖提高屈服強度和硬度，也有的加Ti、Al等促進晶粒細(xì)化。我們的履帶板、前后導(dǎo)輪等鑄件用材就需要這樣。但不管合金成份如何變化，必須控制在一定的范圍內(nèi)才能起到好的作用。這些作用是以提高高錳鋼性能為主要目的，對控制裂紋并不明顯。研究標(biāo)準(zhǔn)成份高錳鋼的各元素對裂紋的影響能得到理想的效果。碳、錳是高錳鋼的主要成分，正常情況下高錳鋼的組織是奧氏體單相。在含碳量偏低時易形成馬氏體和8相 (密排六方體)。在含碳量高時。水韌處理狀態(tài)下不能避免碳化物析出，還會降低鋼的性能。較高的含碳量可提高屈服點，但會降低延伸性。含碳量低而含錳量高的鋼具有高韌性，對高錳鋼的碳含量在性能的前提下盡可能控制在中下限。錳含量控制在中上限。保持在狹小范圍內(nèi)，防止碳化物析出，避免造成延伸性和韌性降低而產(chǎn)生裂紋。硅含量一般在 1．0％以下，它對錳鋼的機械性能沒有顯著影響，超過1.0％并逐漸增大時，強度和延伸性會劇烈下降。生產(chǎn)中硅含量都比較低。錳鋼中含硫量較低，因為硫易和錳化合成硫化錳大部分進入爐渣中。鋼中殘留少量的硫化物成為非金屬夾雜物存在，它對鋼的性能影響極微，可忽略不計。磷含量在 0．06％以上時，延伸性急劇下降，易引起鑄件熱裂紋產(chǎn)生。生產(chǎn)時要控制磷含量。化學(xué)成份及其含量與機械性能密不可分。在滿足性能的成份范圍內(nèi)，有時制造就很困難，因此生產(chǎn)時應(yīng)考慮其兼顧性。這樣可避免因成份上的差異而產(chǎn)生裂紋。
二、鑄造工藝
鑄造工藝是高錳鋼鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。編制這種鋼的工藝時主要考慮避免裂紋生成。影響裂紋產(chǎn)生的主要因素有：鑄件結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、澆冒口設(shè)置、型芯結(jié)構(gòu)形式、澆注溫度等。高錳鋼鑄件結(jié)構(gòu)形式應(yīng)在使用的前提下盡可能使相連接壁的厚差。避免因溫差大產(chǎn)生收縮應(yīng)力出現(xiàn)裂紋。雖然有的件壁厚差合理，但設(shè)計厚度值過大，在冷卻速度慢時碳化物析出多，受收縮應(yīng)力影響也會出現(xiàn)裂紋。設(shè)計結(jié)構(gòu)無法改變時，工藝編制就要考慮鋼水冶煉時加一些能細(xì)化晶粒的元素，增加型芯的退讓性。其它結(jié)構(gòu)問題應(yīng)視情況而定，如增大圓角、加過渡壁、拉筋等。高錳鋼的收縮率比普碳鋼、合金鋼高。鑄造的毛坯在水韌處理前都處于脆性狀態(tài)，任何影響收縮的因素都會使鑄件在澆注后的收縮階段產(chǎn)生裂紋，比較明顯的是箱式鑄件，這種件由砂芯形成內(nèi)腔，砂芯退讓性好，高應(yīng)力區(qū)非常容易產(chǎn)生裂紋。解決辦法是往芯中加入鋸末、泡沫等砂芯有合適的退讓性。箱帶、冒口、飛邊毛刺都有阻礙收縮的條件。采取適當(dāng)增加吃砂量、疏松層，減少型芯縫隙也是解決退讓性的有效辦法。澆冒口位置和大小對裂紋的產(chǎn)生也有影響，設(shè)置位置不能影響鑄件的收縮，澆注系統(tǒng)盡可能分配均勻，鋼水流人應(yīng)平穩(wěn)以便減少鑄件各部位溫差，冒口應(yīng)大小合適。高錳鋼導(dǎo)熱性很差，如冒口尺寸過大，在鑄件冷卻后期冒口與鑄件溫差過大必然產(chǎn)生高應(yīng)力，常會促成冒口下與鑄件連接處產(chǎn)生裂紋。工藝設(shè)計時冒口模數(shù)應(yīng)控制在鑄件模數(shù)的1.2～1.3倍范圍內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)成份的高錳鋼液相線溫度1400℃，固相線溫度1350℃，凝固溫度范圍比較窄，對澆注溫度的反應(yīng)非常敏感。澆注溫度過高極易產(chǎn)生裂紋，溫度低易產(chǎn)生冷隔和澆不足，理想的澆注溫度是1450～1470℃。厚壁件取下限，薄壁件取上限。澆注時一次澆完中間不停流。
三、熱處理
高錳鋼只有在合適的成份和正確的熱處理條件下才能獲得它的特性，若未經(jīng)熱處理或熱處理條件不正確則鋼會變脆甚至出現(xiàn)裂紋。正常的熱處理規(guī)范是固溶加高溫水韌處理，以便獲得單一的奧氏體。生產(chǎn)實踐證明固溶溫度應(yīng)在1050-1090℃范圍內(nèi)。一般認(rèn)為，高錳鋼導(dǎo)熱性很差，膨脹率很低，固溶處理時，要采用慢加熱，在600～700℃保溫，以防止開裂。研究結(jié)果表明在500～700℃保溫會使殘留奧氏體強烈地析出碳化物，這些析出物降低鋼的塑性，增加新舊組織間比容之差所造成的內(nèi)應(yīng)力，從而增加開裂傾向，因此鑄件加熱時應(yīng)盡快通過這一溫度范圍。
四、清理切割
高錳鋼的特點之一是導(dǎo)熱性差，鑄件澆注后保溫時間太短，冷卻速度快，促使鑄件應(yīng)力增加易產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋產(chǎn)生，盡可能在砂型內(nèi)緩慢冷卻延長保溫時間，打箱溫度應(yīng)控制在200℃以下。實踐證明在該溫度下打箱無裂紋出現(xiàn)。在對高錳鋼鑄件澆冒口、飛邊毛刺切割時，因材料導(dǎo)熱性差，造成切割部位熱影響區(qū)產(chǎn)生很大的溫差，并形成了高應(yīng)力狀態(tài)。稍有忽視切口處就會產(chǎn)生裂紋。為使熱影響區(qū)溫差控制在范圍，澆冒口、毛刺切割必須在水池內(nèi)浸水切割， 保持水溫在40℃以下，這樣操作不易產(chǎn)生裂紋。
