技术质量指标铸钢件生产工艺分析
铸钢件质量分析及质量改进措施
铸钢件质量分析及质量改进措施摘要：随着我国经济的快速发展，推动了铸钢件产量的快速增长，在未来的10～20年中，铸钢行业的发展方向是以生产高质量、附加值高及特殊材质及性能的大型铸钢件为主，本文主要分析和研究了铸钢件的质量问题以及改进措施。
关键词：铸钢件；质量分析；质量改进；措施1铸钢件的质量检测工艺由于铸钢的冶炼过程和凝固特性，且大型铸钢件铸造工艺复杂、生产周期长、工序较多，使得铸钢件中难免产生某些冶金缺陷或铸造缺陷。
这些缺陷不同程度地影响铸件外观质量、内在质量和使用性能。
为了获得优质的大型铸钢件，必须进行规范的质量检测。
1.1外观质量检测铸件的外观质量是指铸件表面可以直接看到或测量出的质量标准，包括表面粗糙度、表面缺陷、尺寸公差和形状、重量偏差等。
这些缺陷各自有相应的国家检测标准和检测方法。
1.2内部质量检测大型铸钢件的内部质量检测主要包括：金相组织的检验、化学成分分析、力学性能测试、物理性能测试、工艺性能测定、无损检测以及其他特殊性能的测定。
2 质量问题的影响因素2.1工艺问题主要是指工艺设计人员制订的工艺不合理，引发的铸件质量问题有缩孔、尺寸偏差、硬度不足、裂纹及变形等。
在铸钢件的铸造工艺设计上，浇注系统的布置和冒口的尺寸、位置等，都必须根据铸件形状及热节大小，经过严格的工艺设计，工艺不当容易使铸件补缩距离不足，在冒口下方产生缩孔。
铸件采用顺序凝固的原则，保证铸件上各部分按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后是冒口本身凝固的次序进行。
加强冒口的补缩作用可以通过在铸件底部和侧面放置冷铁、在冒口下方设置补贴来增加冒口的补缩距离、倾斜10°浇注，以及浇注结束时从冒口补浇后用保温剂覆盖等措施，使铸件遵循顺序凝固的原则，保证缩孔集中在冒口中，从而获得致密的铸件。
铸件的尺寸偏差主要是由于技术人员对铸造收缩率的把握不准确所致，铸造线收缩率应该充分考虑金属本身的化学成分、浇注温度、铸件的结构复杂程度和尺寸的大小，同时应该考虑铸件在铸型中的收缩是自由收缩还是受阻收缩，综合确定实际收缩率。
制造铸钢件的工艺流程
制造铸钢件的工艺流程
铸钢的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差。
因为铸钢的熔点较高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大，其体收缩率为10～14%，线收缩为 1.8～2.5%。
为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷，必须采取比铸铁复杂的工艺措施：
1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇不足，铸钢件的壁厚不能小于8mm；浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大；采用干铸型或热铸型；适当提高浇注温度，一般为1520°～1600℃，因为浇注温度高，钢水的过热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。
但是浇温过高，会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。
因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件，其浇注温度约为钢的熔点温度+150℃；大型、厚壁铸件的浇注温度比其熔点高出100℃左右。
2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁，为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷，在铸造工艺上大都采用冒口和、冷铁和补贴等措施，以实现顺序凝固。
此外，为防止铸钢件产生缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷，应使其壁厚均匀、避免尖角和直角结构、在铸型用型砂中加锯末、在型芯中加焦炭、以及采用空心型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的退让性和透气性。
铸钢件生产工艺流程
铸钢件生产工艺流程铸钢件生产工艺流程一般包括以下几个步骤：原材料准备、模具准备、熔铸、冷却、脱模、清理与加工、检测与质量控制。
首先，原材料准备是整个生产工艺的第一步。
铸钢件通常需要使用铸钢料，因此需要准备适当的铸钢料。
选择合适的铸钢料可以根据具体产品的要求而定，例如需要高强度、耐磨损等性能。
原材料也需要进行预处理，如除杂、除气等，以确保最终产品的质量。
第二步是模具准备。
模具是铸造过程中必不可少的工具，用于将熔融的铸钢料注入并形成所需的形状。
模具需要根据产品的形状和尺寸制作，并进行表面处理，以确保铸件的光洁度和精度。
接下来是熔铸过程。
将准备好的铸钢料加热至熔化温度，并保持一段时间，以使其中的杂质得以溶解。
同时，需要预热模具，以避免温度差造成的热应力。
然后，将熔融的铸钢料缓慢地注入预热的模具中，以防止产生气泡和缺陷。
注入后，模具需要进行震动或振动，来排除可能存在的气泡。
注入完成后，进行冷却。
冷却时间可以根据具体产品的要求进行调整，以确保铸件的内部和外部温度均匀，并保证结构的稳定性和性能的良好。
经过一段时间的冷却，进行脱模。
脱模需要小心进行，以避免因过早脱模而破坏铸件的形状和表面质量。
脱模后，可以进行初步的修整和清理工作，以去除可能存在的毛刺和其他缺陷。
清理与加工是下一个步骤。
铸钢件通常需要经过进一步的清理和加工，以达到最终的形状和精度要求。
清理可以包括砂芯的去除、毛刺的修剪等。
加工可以包括切割、修整、钻孔、磨削等，以满足产品的尺寸和形状要求。
最后是检测与质量控制。
铸钢件需要经过一系列的检测和测试，以确保其质量符合规定的技术要求和技术标准。
常用的检测方法包括尺寸测量、硬度测试、金相组织观察、力学性能测试等。
根据检测结果，可以对铸钢件进行分类和修整，以达到产品质量的要求。
综上所述，铸钢件生产工艺流程涵盖了原材料准备、模具准备、熔铸、冷却、脱模、清理与加工、检测与质量控制等多个步骤。
这些步骤有机地配合，确保了铸钢件的质量和性能。
国家铸钢件铸造标准
国家铸钢件铸造标准
国家铸钢件铸造标准包括以下几个方面：
1.铸钢件的设计和制造技术规范：涉及铸钢件的设计、制造、
加工、检验等方面的技术要求和规范。
2.铸钢件制造的质量控制和检验：指铸钢件制造过程中必须遵
守的质量控制和检验要求，如原材料选料、化学成分控制、熔炼工艺、浇注工艺、热处理工艺、检验标准等。
3.铸钢件的工作条件：规定了铸钢件在不同的工作条件下的使
用要求和注意事项，包括使用温度、工作强度、使用环境等等。
4.铸钢件的修复和维护：铸钢件在使用过程中，由于各种原因
可能会出现损坏或磨损，需要进行修复或更换。
该标准规定了铸钢件修复和维护的方法和步骤。
国家铸钢件铸造标准的制定和执行，有利于提高铸钢件制造的技术水平和质量，保障铸钢件的使用安全和可靠性，也促进了我国铸造产业的发展。
铸钢件生产工艺技术
铸钢件生产工艺技术铸钢件是用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先预备好的铸型中，冷却后经落砂、清理(见铸件清理)和后处理(见铸件后处理)，所得到的具有一定外形，尺寸和性能的物件。
对于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件，需要采用铸钢件。
铸钢件的产量仅次于铸铁，约占铸件总产量的15%。
一、按照化学成分，铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。
其中以碳素铸钢应用最广，占铸钢总产量的80%以上。
1、碳素铸钢一般的，低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差，仅用于制造电机零件或渗碳零件；中碳钢ZG25～ZG45，具有高于各类铸铁的综合性能，即强度高、有优良的塑性和韧性，因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等，是碳素铸钢中应用最多的一类；高碳钢ZG55的熔点低，其铸造性能较中碳钢的好，但其塑性和韧性较差，仅用于制造少数的耐磨件。
2、合金铸钢根据合金元素总量的多少，合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。
1）低合金铸钢，我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。
如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。
用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件，而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。
2）高合金铸钢，具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。
如高锰钢ZGMn13，是一种抗磨钢，主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件，如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等；铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等，对硝酸的耐腐蚀性很高，主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。
二、铸钢的铸造工艺特点铸钢的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差。
因为铸钢的熔点较高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大，其体收缩率为10～14%，线收缩为1.8～2.5%。
为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷，必须采取比铸铁复杂的工艺措施：1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇不足，铸钢件的壁厚不能小于8mm；浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大；采用干铸型或热铸型；适当提高浇注温度，一般为1520°～1600℃，因为浇注温度高，钢水的过热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。
大型铸钢件铸造工艺技术
大型铸钢件铸造工艺技术大型铸件生产周期长、工序复杂，一般要经历众多工序（如图2—1所示），合理设置其铸造过程中各项工艺是决定铸件最终成功铸造的关键要素。
图2—1大型铸钢件铸造工艺流程2.1大型铸钢件造型用砂铸钢件尤其是大型铸钢件大都采用自硬砂地面造型。
大型铸钢件通常具有厚大断面和高的金属静压头、浇注时间较长，加上铸件凝固过程中金属液体与砂型之间的热作用、机械作用、化学反应非常强烈；铸件表面，尤其在砂芯或砂型凹陷及转角处极易产生金属渗透粘砂，易造成铸件尺寸稳定性差和表面缺陷。
因而大型铸钢件对砂型的高温力学性能、型砂材料的抗粘砂能力要求非常高。
目前国内重机行业用于大型铸钢件的造型用砂主要有水玻璃砂（C02吹气硬化和有机醋自硬化）、树脂自硬砂〔峡喃树脂自硬砂、碱酚醛树脂自硬砂）国内一些主要大型铸件生产企业已逐步完成使用自硬砂铸造工艺的技术改造。
大型铸钢件的面砂一般采用铬铁矿砂等特种砂，这些原砂比硅砂的价格高出很多。
因此，对于旧砂再生系统中铬铁矿砂与石英砂的分离技术也是一项合理利用资源及降低成本的关键性技术。
2.2 铬铁矿砂在造型中的应用2.2.1铬铁矿呋喃树脂砂面砂应用实例（见表2—1）222 铬铁矿砂成份及选择铬铁矿砂属于铬尖晶石。
一般以（FeMg 0・（CrAIFe）2Q形式存在，其中杂质主要为CaO MnQ SiO2、TQ2等金属氧化物和碳酸盐化合物。
铬铁矿砂的比重为（4.4〜4.5 ）3 3kg/cm,堆积比重为（2.0〜2.7 ）kg/cm ,耐火度为2000土25C,熔融触点2040C。
铬铁矿砂的选择主要依据需要配制的型（芯）砂后的工艺参数、铸件质量以及旧砂再生回收率的高低来不断摸索确定。
铬铁矿砂的化学成分及质量分数（％见表2—1。
表2—1 铬铁矿砂的化学成分及质量分数（%2.2.2.1 酸耗值我们在采用呋喃树脂砂工艺时其催（固）化剂为磺酸、苯磺酸之类酸性固化剂硬化，要求原砂呈中性，如存在诸如滑石粉的碱性化合物，固化剂的消耗必然要加大，从而砂型固化慢甚至不能硬化。
铸钢件生产工艺要求及质量标准
铸钢件生产工艺要求及质量标准一、混砂工艺标准（一）材料要求：1、造型砂：符合GB9442-88 、JB435-63细粒砂要求，一般选用二氧化硅含量较高的天然砂或石英砂，原砂粒度根据铸件大小及壁厚确定，原砂的含泥质量分数应小于2%，原砂中的水份必须严格控制，且一般应进行烘干。
2、水玻璃：水玻璃模应根据铸件大小来确定。
（1）小砂型（芯）为加速硬化采用选用M=2.7—3.2的高模数水玻璃。
（2）中型砂型（芯）可选用M=2.3—2.6的水玻璃。
（3）生产周期长的大型砂型（芯）选用M=2.0—2.2的低模数水玻璃。
（二）混制比例（质量分数%）造型砂/水玻璃=100：6～8（三）混制时间：一般情况下混制5分钟，室温或水玻璃密度较大时可适当延长混砂时间。
（四）混制后要求：混制好的造型砂要求无块状或团状，流动性较好。
二、造型工艺要点：（一）基本原则：1、质量要求高的面或主要加工面应放在下面。
2、大平面应放在下面。
3、薄壁部分应放在下面。
4、厚大部分应放在上面。
5、应尽量减少砂芯的数量。
6、应尽量采用平直的分型面。
（二）基本要求：1、木模：要求轮廓完整，无裂纹、无破损、无残缺，表面光洁，尺寸符合铸造工艺图纸要求，并经常进行尺寸校验。
2、砂箱：砂箱的尺寸大小应根据木模规格确定，大、中型砂箱应焊接箱筋。
3、浇注系统：根据铸件的结构特点的工艺要求，选择适宜的浇注系统，通常采用顶注式、底注式。
（1）浇注系统设置基本原则：浇口、冒口安放位置合理，大小适宜不妨碍铸件收缩，便于排气、落砂和清理，应使铸型尺寸尽量减少，简化造型操作，节省型砂用量和降低劳动强度。
（2）内浇道位置的注意事项。
1）内浇道不应设在铸件重要部位。
2）应使金属液流至型腔各部位的距离最短。
3）应不使金属液正面冲击铸型和砂芯。
4）应使金属液能均匀分散，快速地充满型腔。
5）不要正对铸型中的冷铁和芯撑。
4、冒口（1）冒口设置基本原则：1)根据铸件的结构和工艺要求正确选择冒口的形状、大小和安放位置。
铸钢件标准
铸钢件标准
《铸钢件标准》
1、铸钢件标准的定义
铸钢件标准是一种确定和保证工程铸件质量的规范性文件。
它定义了铸件的质量控制要求，以及生产、检验、检测、安装、使用等各个环节的要求。
2、铸钢件标准的类别
铸钢件标准包括：表面质量标准、尺寸公差标准、材料牌号标准、焊接接头标准、性能试验标准和安装操作要求标准等。
3、铸钢件标准的基本要求
铸钢件标准中关于技术要求的基本要求包括：
（1）材料要求：确定材料牌号，填写材料技术卡，对焊接材料进行抽检等；
（2）焊接要求：检查焊接接头的工艺质量，检查接头的尺寸公差，确保接头的强度。
（3）表面质量要求：确定铸件的表面处理要求，检查铸件的表面质量，确保表面质量符合要求。
（4）性能试验：检验铸件的性能参数，确保铸件性能达到标准规定的要求。
（5）安装操作要求：确定安装操作的步骤，并之后对安装质量进行检查，确保铸件在使用中能够稳定可靠地工作。
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1、生产工艺流程
模具、芯骨、工装、夹具、专用检测器具、专用加工设备
原辅材料、备品、备件
检验
检验冶炼造型
浇注
铸件待冷却铸件出型清砂铸件清理铸件热处理铸件毛坯精整机加工
发运
包装
油漆
抛丸
检验
检验
检验
检验
检验
检验检验
检验检验检验
2、产品主要成份、性能、技术质量指标
（1）材质要求具体化学成份为（%）：C 0.17～0.23；Si≤0.60；Mn 1.0～1.50；P≤0.020；S≤0. 015；Cr≤0. 30；Mo≤0. 15；Ni≤0.40；Al≤0.020 ; Re0.2～0.35(加入量)
（2）机械性能要求
屈服强度≥230Mpa 抗拉强度≥450Mpa
延伸率≥22% 冲击功≥40J
1）按GB11352标准要求随炉提取试样，每一个炉号制备二组试样，其中一组备查。
2）为确保具有良好的焊接性能，节点铸件碳当量控制在CE≤0.42。
3）铸件表面质量符合设计要求，表面粗糙度达到GB6060.1标准要求。
4）铸件的探伤要求,按GB7233探伤, 采用6㎜探测头,管口焊
缝区域150mm以内范围超声波100%探伤，质量等级为Ⅱ级,
其余外表面10%超声波探伤，质量等级为IV级。
不可超声波
探伤部位采用GB9444磁粉表面探伤，质量等级为III级。
5）节点的外形尺寸符合图样要求，管口外径尺寸公差按负偏差
控制。
6）热处理按照Q/32182HQA05-2002标准要求,铸件进行正火处
理(920±20℃，出炉空冷,加640±20℃回火处理)。
7）涂装处理要求：表面采用抛丸或喷砂除锈，除锈等级Sa2.5
级，随即涂水性无机富锌底漆，厚度50μm，环氧云铁中间漆
2×30μm。
3、铸造工艺参数
（1）加工余量按照GB/T11350-89，CT12H/J级。
（2）模样线收缩率2.0%
铸件毛坯尺寸偏差符合GB6414-86中CT12要求。
4、铸造工艺说明
（1）为保证叉管与杆件相交处质量，考虑尽可能将支管水平放置，分二箱造型，在铸件上平面分型，整体分两半实模。
（2）冒口采用标准保温冒口套Φ400×h600，5件，
（3）型砂：铸型和泥芯均采用树脂砂，表面涂锆英粉涂料二遍，用煤油喷枪辅助烘干。
（4）铸件毛重约6000㎏，浇冒口约重3000kg，工艺出品率
66.7%。
氧化法冶炼工艺
附：
a、炉料主要由无油、无砂泥、杂物少锈的碳素钢锭切头、锻造料头、厚边角料、废机器另件等，炼钢生铁（或铸造生铁）和本钢种的回炉料或同一组钢种的回炉料（炉料的平均含P、S量≤0.05%）
b、炉料应装得紧密，以利于导电和导热，装金属料前应先在炉底和炉面处铺上2%的石灰,以保护炉底，并在熔化期中造渣脱P（详
见氧化法炼钢工艺规程）。
c 、各种合金的调整条件、时间及收得率和增C 增P 量见氧化法炼钢工艺规程。
d 、炉料的平均含碳量应满足氧化期中脱C 的要求，此钢脱碳量为0.35%～0.45%（炉料较好的条件下取下限）新修的炉衬易使钢液温度°C
时间 (
400°C
80
°
C /
h
900~930°C
空冷
炉
冷空冷
质量控制是保证生产合格铸件的基本保证，在铸钢节点制作过程中，主要的质控方法如下：
（1）化学成份控制
为了确保化学成份控制在标准之内，浇注之前，必须对钢水成份
进行炉前快速分析。
如成份合格方可浇注，否则须调整钢水成份，待成份合格后方可浇注。
采用直读光谱仪进行炉前快速分析。
确保具有良好的焊接性能，碳当量控制0.42%以下件冷却凝固后，在试块上取样，再进行一次化学分析，此样做为最终化学成份结果。
2）机械性能控制
铸件浇注时用同炉钢水，浇注试样经随炉热处理后、机械加工制成标准试样，对其进行机械性能试验。
（3）表面质量控制
铸件出厂前，需对铸件进行无损检测，铸钢件不允许有影响使用性能的裂纹、冷隔、缩松等缺陷存在。
铸钢件的管口焊缝以外150mm 区域范围，按GB7233-87《铸钢件超声探伤及质量评定方法》进行超声波检测，质量等级为Ⅱ级；其它可探测外表面20%超声波探伤，质
量等级为Ⅲ级；铸钢件外表面按GB9444-88采用磁粉表面探伤Ⅱ级合格。
（4）尺寸控制
铸钢节点在从图纸向模型和铸件转换过程中，每一个步骤都可能产生误差，造成几何形状发生变化。
测量是用于检查模型和铸件空间位置以及为钢结构安装制定基准的必不可少的工序之一。
6、保证良好焊接性能的措施
（1）加强金属炉料的控制
1）控制配料质量（见前）
2）适当增加脱碳钢，降低P和有害杂质
3）控制炉料含P、S量
4）控制炉料残留元素含量，特别是Sn、Pb等
（2）加强冶炼质量的控制
1）保证化学成份在规定范围内。
2）在保证屈服、抗拉强度等机械性能的同时，降低碳当量，尽可能使C取在下限，Mn取在上限。
3）合理使用脱P剂,加速熔化末期和氧化初期脱P量。
4）合理使用脱S剂，提高还原质量,出钢采用钢渣混流工艺来增加脱S量。
5）适时造还原渣，提高钢液预脱氧、终脱氧质量。
（3）加强造型、浇注质量的控制，合理选择工艺出品率1）出钢后镇静5分钟，清除夹杂物。
2）采用低温快浇工艺。
3）烘干的耐火砖辅设开放式浇道，防止吸氧、断流、停浇。
4）清除浇包、铸型型腔、浇道内一切杂物、渣砂，防止夹砂、夹渣。
5）合理使用冷铁、冒口，防止缩孔、缩松、裂纹。
6）严格砂型、砂芯的烘干工艺，控制合箱待浇时间。
7）浇注后严格按工艺进行保温。
8）消除偏析。
（4）选择合理的热处理工艺，改善金相组织、消除内应力
（5）焊接面选择合理加工余量，消除表面氧化、脱C层，且具有良好表面金相组织。
（6）所有焊接面均进行磁粉、着色、超声波探伤，确保无缺陷。
（7）发货前注重对焊接面的保护。
7、焊补工艺规程
8.焊后处理的热处理。