鑄鋼件

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，特別是形狀複雜和中空斷面的零件，鑄鋼件可採用組芯這一獨特的工藝來製造。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，有利於快速報價響應和交貨期的縮短。形狀和質量的完善化設計、最小的應力集中係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)鑄鋼件冶金製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，適應於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範圍內選擇力學性能和使用性能，並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範圍內變動。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。 ^[1] 

(1)組織不均勻。液態金屬注入鑄模後與模壁首先接觸的一層液態金屬因温度下降最快，因此很快凝固成為較細晶粒。隨着與模壁距離的增加，模壁影響逐漸減弱，晶體沿與模壁相垂直的方向生長成彼此平行的柱狀晶體。在鑄件的中心部位，散熱已無顯著的方向性，且可自由地朝各個方向生長直至彼此接觸，故形成等軸晶區。由此可見，鑄件內的組織是不均勻的，一般説來，晶粒比較粗大。

(2)組織不致密。液態金屬的結晶以樹枝生長方式進行，樹枝間的液態金屬最後凝固，但樹枝間很難由金屬液體全部填滿，造成鑄件普遍存在不致密性。此外，注入模中的液態金屬在冷卻中及凝固中如體積收縮而未獲足夠的補充，也可形成疏鬆甚至縮孔。鑄鐵件中的石墨往往以較大尺寸的片狀、球狀或其他形狀出現，也可看成是一種不致密組織。

(3)表面粗糙。表面一般來説比較粗糙，不能與機加工表面相比，形狀也較複雜。 ^[2] 

由於鑄鋼件的特點，幾乎所有的工業部門都需要用鑄鋼件，在船舶和車輛、建築機械、工程機械、電站設備、礦山機械及冶金設備、航空及航天設備、油井及化工設備等方面應用尤為廣泛。至於鑄鋼件在各產業部門的應用，由於各國的具體條件不同，情況可能有較大的差異。

鑄鋼件的品種繁多，不勝枚舉。現就幾個主要的產業部門使用鑄鋼件的情況做簡要説明。

1、電站設備

電站設備是高技術產品，其主要零件都在高負荷下長時間連續地運轉，火電站和核電站設備中有不少零部件還需耐受高温和高壓蒸汽的腐蝕，因而對零部件的可靠性有很嚴格的要求。鑄鋼件能最大限度地滿足這些要求，在電站設備中廣為採用。

2、鐵路機車及車輛

鐵路運輸與人民的生命財產安全密切相關，因此。保證安全是至關重要的，機車車輛的一些關鍵部件，如車輪、側架、搖枕、車鈎等，都是傳統的鑄鋼件。

鐵路轉轍用的轍岔是承受強烈衝擊和磨擦的部件，工況條件極為惡劣，形狀又很複雜。

3、建築、工程機械及其他車輛

建築機械和工程機械的工況條件都很差，大部分零件都承受高的負荷或需耐受衝擊磨損，其中很大一部分是鑄鋼件，如行動系統中的主動輪、承重輪、搖臂、履帶板等。

一般汽車很少用鑄鋼件，但特種越野車和重型貨車的行動部分也用不少的鑄鋼件。 ^[1] 

(1)鑄鋼的熔鍊。鑄鋼必須採用電爐熔鍊，主要有電弧爐和感應電爐。根據爐襯材料和所用渣系的不同，義可分為酸性熔爐和鹼性熔爐。碳鋼和低合金鋼可採用任何一種熔爐熔鍊，但高合金鋼只能採用鹼性熔爐熔鍊。

(2)鑄造工藝。鑄鋼的熔點高，流動性差，鋼液易氧化和吸氣。同時，其體積收縮率為灰鑄鐵的2～3倍．因此，鑄鋼的鑄造性能較差，容易產生澆不足、氣孔、縮孔、熱裂、黏砂、變形等缺陷。為防止上述缺陷的產生，必須在工藝上採取相應措施。

生產鑄鋼件用型砂應有高的耐火度和抗黏砂性，以及高的強度、透氣性和退讓性。原砂通常採用顆粒較大、均勻的硅砂；為防止黏砂，型腔表面多塗以耐火度更高的塗料；生產大件時多采用於砂型或水玻璃砂快於鑄型。為了提高鑄型強度、退讓性，型砂中常加入各種添加劑。

在澆注系統和冒口的設計上。由於鑄造碳鋼傾向逐層凝固，收縮大，因此多采剛順序凝固原則來設置澆注系統和冒口．以防止縮孔、縮松的出現。一般來説，鑄鋼件都要設置冒口。冷鐵也應用較多。此外，應儘量採用形狀簡單、截面面積較大的底注式澆注系統，使鋼液迅速、平穩地充滿鑄型。

(3)熱處理。鑄鋼的熱處理通常為退火或正火。退火主要用於w(C)≥0.35%或結構特別複雜的鑄鋼件，這類鑄件塑性差，鑄造應力大，鑄件易開裂。正火主要用於w(C)≤0.35%的鑄鋼件，這類鋼件碳含量低，塑性較好，冷卻時不易開裂。 ^[3] 

鑄鋼件在澆鑄過程中產生的缺陷雖然與鋼錠澆注產生的缺陷類似，但它們仍屬工藝缺陷，常見的工藝缺陷有氣孔、夾雜、縮孔、疏鬆和裂紋等。

(1)氣孔(氣泡)：氣孔(氣泡)是由於金屬液含氣量過多，模型潮濕及透氣性不佳而形成的空洞。鑄件中的氣孔分為單個分散氣孔和密集氣孔。

(2)夾雜：夾雜分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩類。非金屬夾雜是冶煉時金屬與氣體發生化學反應形成的產物或澆注時耐火材料、型砂等混入鋼液形成的夾雜物。金屬夾雜是異種金屬偶爾落入鋼液中未能溶化而形成的夾雜物。

(3)縮孔：縮孔是由於金屬液冷卻凝固時體積收縮得不到補充而形成的缺陷。縮孔多位於澆冒口附近和截面最大部位或截面突變處。

(4)疏鬆：由於熔鍊不良，鑄模形狀不適當等原因，在鑄鋼件壁厚的中部產生了細的晶界裂紋或者晶界中產生細微的空隙，而形成的疏鬆結構，這部分晶粒間的結合相當弱(在射線透照底片上形成雲霧狀暗影)。

(5)裂紋：裂紋是指鋼液，冷卻過程中由於低熔點雜質過多，加之內應力(熱應力和組織應力)過大使鑄件局部裂開而形成的缺陷。鑄件截面尺寸突變處，應力集中嚴重，易出現裂紋。

綜上所述，鑄鋼件中工藝缺陷的顯著特點是形狀複雜；鑄鋼件的使用缺陷主要是疲勞裂紋，包括機械疲勞裂紋和熱疲勞裂紋。 ^[2] 

1．超聲波穿透性差

粗大的晶粒、不均勻的組織等的複雜界面，都增強了超聲波的散射，能量衰減大，以致可探厚度比之鍛件要小。

2．干擾雜波多

聲波在不均勻、不致密組織和粗大晶粒界面上散射時，其散射信號強度較大，併為探頭所接收；粗糙的鑄造表面對聲波反射會形成雜波；這些在示波屏上都會顯示為雜亂的林狀回波(也稱之為草狀回波)，將可能淹沒缺陷回波，妨礙缺陷回波的辨認。

3．表面耦合條件差

鑄鋼件表面粗糙，不利於聲的耦合，表面硬度大，打磨較困難。

4．缺陷的定量較困難

由於鑄鋼件對聲波的衰減大，缺陷形狀複雜，以人工缺陷為基準的缺陷定量評定，誤差較大，用計算的方法對缺陷定量難度更大。

以上所述正是鑄件檢測的困難所在，這些困難使鑄件檢測受到一定的限制。但另一方面由於鑄件質量要求較低，允許存在單個缺陷尺寸較大，數量較多，同時鑄件缺陷出現的部位規律性強，因此鑄件檢測還是具有一定的價值。 ^[2] 

1)對於中小型鑄件(特別是熔模精密鑄件)，其體積小、重量輕，加工量也少，可以在固定式磁粉探傷機上至少在兩個大致垂直的方向磁化。最好採用直流或脈動直流電流，用濕法連續法檢驗。直接通電法、穿棒法、通磁法以及線圈法都是可以用的。

2)對於體積較大、較重的鑄件，至少在兩個大致垂直的方向對局部或分區進行磁化。最好採用直流或半波整流的便攜式或移動式磁粉探傷機，用觸頭法或磁軛法，幹法連續法或濕法連續法，對鑄件局部或分區進行檢測。檢測一般應在兩個互相垂直的方向上進行。

3)為了防止燒壞與電極接觸的鑄件，建議採取下列措施：當觸頭與鑄件表面未完全接觸時不接通電流，當電流已經斷開時才取走觸頭。並且採用足夠清潔和適宜的觸頭。對於經過機械加工的光潔表面，宜採用磁軛法。

4)鑄鋼件由於鑄造應力的影響，有些裂紋(冷裂紋)會延遲開裂，所以不應在鑄造後立即檢測，而應在1～2天后再檢測。

5)鑄件缺陷如果超過驗收標準被拒收，而又允許挖(鏟)和補焊時，補焊區域也要注意控制延遲裂紋的產生。

6)檢測時應憑肉眼，只有在001和01質量等級檢測時可使用不超過3倍的放大鏡。 ^[4]