ZG40Cr9Si2鑄鋼件ZG40Cr9Si2覆膜砂鑄造

覆膜砂在國內(nèi)鑄造行業(yè)已經(jīng)使用很長時間，上世紀八十年代已經(jīng)開始普及使用。這么多年來覆膜砂工藝有了不小的發(fā)展，但是跟整個鑄造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級還是不匹配的。
覆膜砂在國內(nèi)一開始是作為鑄造砂芯使用的，它具有優(yōu)秀的流動性、便捷的固化方式。在生產(chǎn)中解決了很多問題，特別是復雜、單薄的砂芯，非覆膜砂莫屬。但當時覆膜砂制造成本高、價格高，非高附加值鑄件一般不用覆膜砂。而且當時覆膜砂里樹脂、固化劑含量高，發(fā)氣量大，需要上涂料烘干也限制了覆膜砂在一些方面的使用。在九十年代覆膜砂制芯設(shè)備價格也是相對昂貴的，2000年以前，射芯機一般在規(guī)模較大的鑄造廠使用。
隨著國內(nèi)機械裝備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對高精度鑄件的需求量越來越大，覆膜砂鑄造工藝的優(yōu)勢開始凸顯，覆膜砂鑄件的輪廓清晰，外表光潔，得到市場的認可。特別是一些高牌號曲軸類鑄件，用鐵模覆砂工藝生產(chǎn)能得到其它鑄造工藝很難達到的材料性能，但同時鐵模覆砂工藝因其對金屬液有激冷作用，鑄件容易產(chǎn)生白口需要退火，成本增加、工裝制備成本高等因素也使其只能在一些特定鑄件產(chǎn)品上使用。
近些年，覆膜砂生產(chǎn)有了不小的進步，砂子里的樹脂、固化劑含量下降很多，覆膜砂生產(chǎn)成本下降。在各覆膜砂廠的價格競爭下覆膜砂售價大幅降低。同時因手工造型技術(shù)工人缺乏，手工造型鑄件成本逐年上升。一些鑄造廠開始尋求采用覆膜砂殼型工藝生產(chǎn)鑄件，覆膜砂殼型鑄造的生產(chǎn)工藝集中在制殼制芯設(shè)備和模具上，造型工序一般的工人可以勝任，擺脫了對造型技術(shù)工人的依賴，受到鑄造企業(yè)的重視。
但是覆膜砂鑄造工藝也有著限制它發(fā)展的一些因素。比如傳統(tǒng)的覆膜砂制殼制芯設(shè)備通用性差、模具更換麻煩，模具造價高，模具制造周期偏長。覆膜砂制殼、澆注生產(chǎn)現(xiàn)場有高溫、刺鼻氣溫，操作人員勞動環(huán)境不好，勞動強度大。所以，覆膜砂工藝應(yīng)該朝著低成本、高效率、高自動化、環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展，才能適應(yīng)國家政策和市場需求。本文一些觀點為筆者個人觀點，如有謬誤敬請指正和諒解。

對于強度、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(chǎn)量僅次于鑄鐵，約占鑄件總產(chǎn)量的15%。

      一、化學成分分類

     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(yīng)用Z廣，占鑄鋼總產(chǎn)量的80%以上。

      1、碳素鑄鋼

      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(yōu)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(yīng)用Z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(shù)的耐磨件。

      2、合金鑄鋼

     根據(jù)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(yīng)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(zhuǎn)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(shè)備上的零件。

      二、鑄鋼的鑄造工藝特點

     鑄鋼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10～14%，線收縮為1.8～2.5%。為防止鑄鋼件產(chǎn)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(chǎn)生冷隔和澆不足，鑄鋼件的壁厚不能小于8mm;澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(tài)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、由于鑄鋼的收縮大大超過鑄鐵，為防止鑄件出現(xiàn)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(xiàn)順序凝固。

     此外，為防止鑄鋼件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和裂紋缺陷，應(yīng)使其壁厚均勻、避免尖角和直角結(jié)構(gòu)、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。

     鑄鋼的熔點高，相應(yīng)的其澆注溫度也高。高溫下鋼水與鑄型材料相互作用，極易產(chǎn)生粘砂缺陷。因此，應(yīng)采用耐火度較高的人造石英砂做鑄型，并在鑄型表面刷由石英粉或鋯砂粉制得的涂料。為減少氣體來源、提高鋼水流動性及鑄型強度，大多鑄鋼件用干型或快干型來鑄造，如采用CO2硬化的水玻璃砂型。

      三、鑄鋼件的熱處理

      鑄鋼件均應(yīng)在熱處理后使用。因為鑄態(tài)下的鑄鋼件內(nèi)部存在氣孔、裂紋、縮孔和縮松、晶粒粗大、組織不均及殘余內(nèi)應(yīng)力等鑄造缺陷，使鑄鋼件的強度、尤其是塑性和韌性大大降低。

      為細化晶粒、均勻組織及消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件必須進行正火或退火處理。正火處理后的鋼，其機械性能較退火后的高，成本也較低，所以應(yīng)用較多。但由于正火處理會引起較退火大的內(nèi)應(yīng)力，只適用于含碳量小于0.35%的鑄鋼件。因為低碳鑄鋼件的塑性好，冷卻時不易開裂。為減小內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件在正火后，還應(yīng)進行高溫回火。對于含碳量≥0.35%的、結(jié)構(gòu)復雜及易產(chǎn)生裂紋的鑄鋼件，只能進行退火處理。鑄鋼件不宜淬火，否則極易開裂。

      四、鑄鋼的熔煉

      鑄鋼的熔煉一般采用平爐，電弧爐和感應(yīng)爐等。平爐的特點是容量大、可利用廢鋼作原料、能準確控制鋼的成分并能熔煉優(yōu)質(zhì)鋼及低合金鋼，多用于熔煉質(zhì)量要求高的、大型鑄鋼件用的鋼液。

      三相電弧爐的開爐和停爐操作方便，能保證鋼液的成分和質(zhì)量、對爐料的要求不甚嚴格、容易升溫，故能煉優(yōu)質(zhì)鋼、高級合金鋼和特殊鋼等，是生產(chǎn)成型鑄鋼件的常用設(shè)備。

      此外，采用工頻或中頻感應(yīng)爐，能熔煉各種高級合金鋼和碳含量極低的鋼。感應(yīng)爐的熔煉速度快、合金元素燒損小、能源消耗少、且鋼液質(zhì)量高，即雜質(zhì)含量少、夾雜少，適于小型鑄鋼車間采用。ZG40Cr9Si2鑄鋼件ZG40Cr9Si2覆膜砂鑄造