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收藏词条   编辑词条 合金铸钢

创建时间:2008-08-02

合金铸钢(casting alkoy steel)  

铸造状态使用的合金钢,又称铸造合金钢。按其用途合金铸钢划分为铸造合金结构钢和特殊用途合金铸钢。前者是低、中合金铸钢,主要用来制作一般机械结构件。后者多为高合金铸钢,如耐磨铸钢、不锈耐酸铸钢、耐热铸钢、铸造合金工具钢等。

铸造合金结构钢和特殊用途低合金铸钢的铸造性能和碳素铸钢相近。钢中铬、钼等降低钢液流动性。铜、锰、镍等提高流动性。钢的体积收缩率主要和碳含量有关。碳含量高则收缩率大,合金元素对它的影响较小。锰和细化结晶组织的元素如钒、钛、锆可减少热裂倾向,铬、钼使热裂倾向增加。合金元素由于降低导热性,铸造应力增加,使铸钢件的冷裂倾向增大,尤其是含锰、铬、钼等元素的钢更明显。

铸造合金结构钢   按合金元素划分有锰系合金铸钢、铬系合金铸钢和含镍铸造合金钢。

锰系合金铸钢   这类钢以锰为主要合金元素,以硅、钼等为辅助合金元素。常用的中国牌号有ZG30Mn、ZG40Mn、ZG40Mn2、ZG45Mn、ZG50Mn、ZG50Mn2、ZG65Mn等。常用来作齿轮、起重机和矿山机械轮子、耐嗜件等,其中锰含量1.05%~1.80%。锰可明显提高淬透性,细化珠光体组织,提高硬度和耐磨性、降低钢的塑性脆性转变温度,在不降低塑性的条件下提高强度。这类钢在碳含量不高时有很好的焊接性。但锰的固溶强化作用小,常使晶粒粗大并有回火脆性。为提高强度,常在钢中加入硅(0.60%~1.40%),以提高淬透性,增强固溶强化作用。中国常用锰硅钢牌号有ZG30Mnsi、ZG35MnSi、ZG35SiMn、ZG50SiMn、ZG20MnSi等,可作火车侧架、摇枕、齿轮、车轮等。为降低锰钢回火脆性,常加入0.15%~0.30%的钼。中国常用的有ZG20MnMo、ZG50MnMo。多元的锰合金铸钢中国有ZG35SiMnMo、ZG35SiMnMoV、ZG42MnMoV等,这些钢可以作挖掘机零、部件,大齿轮,吊车的套筒等。在锰硅钢中加入少量铬(0.50%~0.80%)可以提高淬透性、强度和耐磨性,可制作受冲击和磨损的铸件,如齿轮、衬板等。中国常用牌号有ZG30CrMnSi、ZG35CrMnSi。但此种钢铸造和热处理时容易变形和开裂。

铬系合金铸钢   这类钢以铬为主要合金化元素,以锰、钼、镍等为辅助元素。铬可固溶强化并明显提高淬透性,提高强度和耐磨性。中国常用的单元铬合金铸钢有ZG40Cr和ZG70Cr。前者可作高强度铸件如齿轮和轮缘,后者主要作耐磨钢铸件。铬钢有回火脆性,常加入钼,钼可进一步提高强度和防止回火脆性。中碳铬钼铸钢有好的强度和耐磨性,如ZG35CrMo可以制作链轮、挖掘机支撑轮、轴套等。铬锰钼钢主要作耐磨钢铸件,如ZG30CrMnMo可以承受大的载荷并且耐磨。高碳铬锰钢由于形成稳定的碳化物,硬度和耐磨性均高,可作为铸造模具钢用,如ZG5CrMnMo即属此类。

含镍铸造合金钢   低合金铸钢中以镍作为主要合金元素的铸钢很少,镍常与铬、钼配合,大幅度提高淬透性,用以制作高强度的大型铸钢件。

特殊用途低合金铸钢   指除铸造合金结构钢以外有特殊使用性能的低合金铸钢。

耐热低合金铸钢   中国常用的耐热低合金铸钢有ZG20CrMo、ZG15Cr1M01V。它们可在过热蒸汽中工作,有较高的高温持久强度和蠕变极限。钢中铬和钼起固溶强化和提高淬透性的作用,钒可细化组织并防止晶粒长大。钼和钒提高钢的高温强度。上述两种钢可以制作在570℃以下工作的蒸汽室、阀门、隔板套等。

低温低合金铸钢   此类钢中碳含量低并适量加入锰,中国常用的牌号有ZG06MnNb、ZG06AlNbCuN,二者的使用温度可达到-90℃和-120℃。国外主要用含镍2.0%~3.0%或3.0%~4.0%的含镍铸钢,可分别用于-70℃和-100℃。但含镍低温钢易产生氢脆和热裂,生产工艺复杂。

析出强化型铜钢   铜可提高钢的耐腐蚀性能。铜在铁素体中固溶度随温降而减小,经时效处理可提高强度和硬度。这类钢有铜—镍型、铜—锰型和铜—锰—硅型,钢中含铜0.85%~1.80%。常用于伐木业,也可用于水轮机叶片等壁厚形状复杂且要求不变形的大型铸钢件。

抗磨低合金铸钢   在磨料磨损条件下,钢应有高的硬度和韧性。此类钢有马氏体型和贝氏体型。另外还有90年代开发的奥氏体-贝氏体钢(简称奥贝钢)是一种高碳(0.60%~0.90%)高硅(2.30%~2.40%)经等温淬火的钢种,由于贝氏体型转变的不完整性,组织中尚残存有分散的奥氏体,在外力作用下可以发生形变强化,有很好的抗磨性能。

高强度低合金铸钢   高强度低合金铸钢是指抗拉强度在1205~2070MPa范围的铸钢,常用于军工产品铸钢件,如炮栓环、离心铸造炮管、坦克车架和矿山铲运机、推土机上要求高强韧性和耐磨性的铸钢件。典型的牌号如4330钢(美国牌号)。

特殊用途高合金铸钢   高合金铸钢是指合金元素总含量在10%以上的合金铸钢。按其用途区分为:铸造不锈钢,耐热铸钢和耐磨耐蚀合金铸钢。

铸造不锈钢   (1)铁素体型不锈铸钢。这类钢以铬为主要合金元素,中国常用的牌号有ZG1Cr17、ZGlCr19M02、ZGCr28,用于硝酸、氮肥、化纤等工业。(2)马氏体型不锈铸钢。中国牌号有ZG1Cr13、ZG2Cr13、用于制造要求承受冲击负荷和韧性高但介质浓度不高条件下工作的铸件。可作泵壳、叶轮、阀门等。(3)奥氏体型不锈钢。这类钢含有较高的铬和镍,中国常用的牌号有ZG0Cr18Ni9、ZGlCr18Ni9、ZG0Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr24Ni20Mo2Cu3、ZG1Cr18Mn8NiN等,其用途广泛,典型钢号是ZG0Cr18Ni9和zG1Cr18Ni9。(4)奥氏体一铁素体型不锈钢。这类钢中含锰和氮以节约镍,中国常用牌号有ZG1Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N、ZG1Cr18Mn13Mo2CuN。对耐蚀性要求不高,但要求高的力学性能时,可以使用中、高强度马氏体不锈钢。适于作壁厚100mm以下铸件的中国牌号有ZG10Cr13、ZG20Cr13、ZG10Cr13Ni1、ZG10Cr13Ni1Mo。适于作壁厚l00~200mm铸件的有ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni6Mo、ZG06Cr16Ni5Mo。(5)沉淀硬化型不锈钢。中国牌号为ZG0Cr17Ni4Cu4Nb,这类钢具有高的强度、韧性和耐磨性。可用于化工、造船、航空等部门,作高强度耐磨耐蚀铸件。

不锈钢的铸造性差,钢水流动性低,易产生冷隔或夹渣,为此要提高浇注温度,一般不低于1530℃。浇注系统截面积应较碳素钢铸件大30%~50%。不锈钢体积收缩值大,易产生缩孔和疏松,铸件冒口较碳钢件应大20%~30%。铸件热裂倾向大,浇温高易粘砂,铸造工艺均应采取相应措施。奥氏体一铁素体型不锈钢的铸造性能较好,但对气孔敏感性较大。

耐热铸钢   耐热铸钢按用途分为耐热不起皮铸钢(抗氧化钢)和热强铸钢。常用的抗氧化钢有耐热铬钢,以铬为主要合金元素。铬含量低者为13%~14%,高者达25%~35%,有时还加入少量硅或镍,如ZG40Cr9Si2,其最高抗氧化温度为800℃,长期受载时低于。700℃,可制作坩埚、炉门、底板等。

热强钢通常为马氏体型或奥氏体型,后者热强性能好,可用在600℃以上。铬镍含量高的如zG35Cr26Ni,可用到1100℃,广泛用于各种炉子构件。

耐热钢的铸造性能差,其特点与不锈钢类似。铁铝锰型耐热钢的钢液极易氧化,易产生表面皱皮、体积收缩大,易出裂纹。冶炼和铸造工艺上均应注意。

(1)铬镍耐热钢。这类钢是奥氏体型抗氧化钢。奥氏体型不锈钢也有抗氧化性能,但前者的碳含量高些并常含有硅,如ZG35Ni24Crl8Si2。其最高使用温度1100℃,可作加热炉传送带,螺杆、紧固件等承载件。

(2)铬锰氮型抗氧化钢。其中有11%~13%的锰,并加入少量氮以代镍,有时还加入少量硅以提高抗氧化性能,如ZG30Cr18Mn12Si2N。其最高使用温度950℃,强度和热疲劳性好,可作炉罐、炉底板、支承架、吊架等。这类钢有奥氏体+铁素体的双相组织,力学性能优于铬镍钢。

(3)铁铝锰型抗氧化钢。其中锰、铝含量低者如ZG5Mn16Al3Si2(Mn15.50%~16.50%,Al2.70%~3.00%),高者如zG7Mn29A19Si(Mn28.0%~30.0%,A19.0%~10.0%)。

铸造工具钢   铸造工具钢分为刀具铸钢和模具铸钢。刀具铸钢是以钨、铬为主要合金元素的高合金铸钢,如中国的ZGW18Cr4V、ZGW12Cr4V4Mo、ZGW9Cr4V2、ZGW9Cr4V等。为消除宏观偏析和细化组织,浇注时温度应低。钢的收缩量大,,导热性差,易产生裂纹。模具铸钢以铬、钼为主要合金元素,中国常用的牌号是ZG5CrMnMo,为提高钢液的流动性,钢中硅含量应适当提高。

耐磨耐蚀合金铸钢   为制造水轮机上铸件(转子和叶片等),研制的抗磨耐蚀合金铸钢,以铬、镍、钼、铜为主要合金元素。钢的淬透性高,硬度高,在水流冲蚀磨损条件下有好的耐蚀抗磨性能。中国常用的牌号是ZG0Cr13Ni6MoR、ZG0Cr13Ni4MoR、ZG15MnMoV-Cu。

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张积业

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