大型铸钢件后的处理工艺

时间:2022-10-03 07:36:33

大型铸钢件后的处理工艺

【摘要】在大型铸钢件生产环节,后处理工艺成本费用是总成本费用的重要组成部分,对于整体成本具有关键性的影响意义。本文我们就对大型铸钢件后处理工艺做出整理与汇总,以推动我国铸钢件制造技术的进一步提升。

【关键词】大型铸钢件;后处理;工艺;技术

【分类号】:TG455

一、大型铸钢件的冷却落砂工艺

1、大型铸钢件的冷却、开箱

大型铸钢件浇注后,为了防止因冷却速度过快而产生变形、裂纹等缺陷,保证大型铸钢件在清砂时有足够的强度和韧性,在铸件凝固后,还要在砂型中停留一段时间方能打箱,一般来说铸件温度降至200~450℃才可以打箱落砂,所以铸件在型内应有足够的冷却时间。为提高地坑周转速度,节约场地,厂家可采取一些措施:

(1)另设保温地坑的做法。在保温步骤中,当铸钢件温度冷却到 750~850℃时打箱,然后进行缓冷处理,将铸钢件放入预热的缓冷装置中以 10~50℃/h(自然冷却为 1~10℃/h)的降温速度冷却至 300℃以下,再转入落砂等工序。保温地坑的设置提高了作业场地的周转率,在确保产品质量的前提下,采用高温打箱,然后从造型地坑内开箱,快速放入保温地坑按照降温曲线控制降温,此方式对于合金铸钢件来说效益更加明显。

(2)采用一种大型铸钢件砂型铸造中的强制冷却装置,包括铸芯,其特征是:在该铸芯内均匀设置浇注后可以强制送冷却介质的冷却软管;所述冷却软管的直径为 尴15~尴40 mm;所述冷却介质为压缩空气,压缩空气压力为 0.3~0.6 MPa,铸件浇注 30 min 后通过进气管连续不断地通入压缩空气强制送风直到将铸件冷却。吹气时间为 5~12 h;该方法结构简单、独特、使用方便、可以用压缩空气带走砂芯内的热量,以使铸件内部能均匀冷却,改变铸件的温度场分布,避免产生粘砂和收缩缺陷。

2、大型铸钢件落砂、除芯

现在很多重机厂基本上都进行了树脂砂技改项目,水玻璃砂工艺基本上都被树脂砂工艺取代,砂型的溃散性得到了极大的改善,湿法清砂工艺(水力清砂) 几乎不再使用。经过对几个工厂的调研,由于大型铸钢件常为单件小批,除芯设备还是无法使用,仍然离不开手工清砂。常用手锤、风铲、子等工具来敲击铸件上的型、芯使其落砂清理。手工清理劳动条件差、强度大、效率低,但适应性强。采用人工清理应加强工人在劳动过程中的防护。

二、大型铸钢件的浇冒口去除工艺

冒口切割是铸钢件后处理最重要的环节,不可忽视。冒口根部在工艺热节和流通效应的影响下,是整个铸件组织最差、热应力最大的部位。在进行常温气割冒口时,由于割口处温度较高,与周围温差较大,会产生一定的热应力,加上本身又存在较大的残余应力,如果应力超过合金的强度极限,则产生裂纹。

1、中、低碳钢、低合金钢

中、低碳钢铸件切割性比较好,通常可以在室温下采用氧-乙炔气割。冒口直径小于 500 mm 时不必热割,冒口大于 500 mm 时需热割;一般可利用打箱后铸件本体的余热或局部加热的方法热割;用于齿轮类的铸钢件需全部进行热割冒口。冒口气割应一次割完,不得中途停顿。需要热割的冒口,切割后应将冒口留在原位保温 24 h 后才能吊走。

2、高碳钢、某些合金钢

高碳钢、合金钢中的碳、锰、铬等元素的含量高,导热性差,淬透性高,进行常温气割冒口时,热应力更大,并且很容易发生相变,如果相变则会产生相变应力,产生裂纹的风险更高,必须采用热割冒口的工艺,以预防裂纹的产生。热割冒口也可在铸态冷却过程中进行,到一定温度时(400℃以上,避免弹塑性转变温度区间 400~600℃),迅速清理冒口部位进行切割,切割后继续冷却,直至打箱清理,再进行热处理。这种工艺的好处是可以降低能耗、缩短工期,但产生缺陷的风险大。无论采用何种工艺都应特别注意热割温度和割后的保温缓冷。

3、高锰钢铸件

高锰钢的导热性差,气割冒口容易热量集聚,使局部温度过高,内应力增大,从而产生裂纹。高锰钢铸件的小冒口可在常温下气焊切割,而大冒口通常在水韧处理(加热至奥氏体区温度(1 050~1 100℃,视钢中碳化物的细小或粗大而定) 并保温一段时间(每 25 mm 壁厚保温 1 h),使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中,然后在水中进行淬火,从而得到单一的奥氏体组织)后进行常温切割,但由于高锰钢导热性差,受热时会有碳化物析出而降低塑性引起裂纹,因此在切割时应向切割处喷水或把铸件淹没在水池内,冒口露出水面进行切割,防止局部过热和碳化物析出造成裂纹。

4、不锈钢铸件

不锈钢种类多,有些可以在常温下切割冒口,如18/8 型铬镍钢和铬锰钢。也有一些钢像高铬钢、铬钼钢铸件需要在一定的温度下热割,中小件可在300℃,大件在 600℃左右进行切割。如 ZGCr28 需要把铸件加热到 700℃左右,在保温坑内露出冒口部分趁热切割,割后在保温坑缓冷。

三、大型铸钢件的热处理工艺

大型铸钢件的热处理目前常用的几种热处理方式:

1、扩散退火(高温均匀化退火):用于消除或减轻铸钢件中的成分偏析,改善某些可溶性夹杂物(如硫化物等)的形态,使铸件的化学成分、内部组织和力学性能趋于均匀和稳定。

2、正火、回火:通过重结晶细化内部组织,提高强度和韧性,使得铸件得到良好的综合力学性能,并使工件的切削加工性能得到改善。

3、退火:稳定铸件尺寸、组织与性能,使铸件的塑性、韧性得到明显提高。

4、调质:淬火后高温回火的热处理方法。调质处理可以使钢的性能,材质得到很大程度的调整,强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。

5、消除应力退火:消除铸件中的内应力,主要用于修补件、焊补件及粗加工应力的消除,消除应力退火必须低于铸件回火温度 10~30℃;保温时间一般为 δ/25 h 以上(δ 为工件最大壁厚,mm),随后在炉内缓冷。

6、水韧处理:高锰钢等奥氏体铸件需要进行水韧处理。

四、大型铸钢件的修补工艺

大型铸钢件在成型过程中,表面和内部常会产生一些铸造缺陷,如气孔、缩松、夹杂等。

1、缺陷的清除

将缺陷部位预热到 125~200℃,用碳弧气刨将有缺陷的焊缝刨除,用砂轮机打磨去除掉所有的碳化物。对缺陷部位进行 MT 或着色探伤,确认无任何

缺陷后方可进行焊接修补。

2、缺陷的修补

焊接方法:手工电弧焊。①预热:焊缝预热温度为 125~200℃(预热范围距焊缝中心为 75 mm),用火焰进行加热,预热时必须缓慢且均匀,以避免出现裂纹和变形;②层间温度控制:焊缝层间温度为125~250℃,其温度下限用以保证在多层焊中后道焊缝有起码的预热条件,其温度上限以避免出现热应力裂纹。通过补充加热或缓慢焊接来控制层间温度;③焊后热处理:将焊缝区域用火焰加热到 200~250℃,保温 1.5 h 并覆盖防火岩棉,然后使其缓慢冷却。

五、大型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、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。

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。

六、结束语

总的来说,大型铸钢件一般都属于重大技术装备的重要零件,因此对于性能与质量有较高的要求标准。在大型铸钢件的生产过程中,要结合铸件的实际材质,采取合理的后处理工艺技术,从而确保我国铸钢件制造技术水平的进一步提升。

参考文献:

[1]黄天佑,刘小刚,康进武,沈厚发,柳百成. 我国大型铸钢件生产的现状与关键技术[J]. 铸造,2007,09:899-904.

[2]赵永让. 大型铸钢件浇注系统的设计原则[J]. 铸造技术,2008,10:1425-1427.

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