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公司新聞

鑄鋼件雙相區(qū)熱處理
發(fā)布日期:2024-10-22  點擊次數(shù):2816 雙擊自動滾屏,單擊停止

        熔模鑄造是以最終產(chǎn)品為摹本,將石蠟類材料壓制成精確光潔的蠟?zāi),在蠟(zāi)I贤糠蠖鄬幽突鸩牧希凉{料干燥硬化后形成型殼,然后將凝固在型殼內(nèi)的蠟?zāi)H刍怪鞒,再將型殼焙燒使之堅固、干燥,最后再將熔化的液態(tài)金屬澆注入型殼中,液態(tài)金屬在型殼中冷卻、凝固后即成為精確光潔的鑄件。這種鑄造工藝可以生產(chǎn)出精密復(fù)雜、接近于產(chǎn)品最后形狀,可不加工或很少加工就可直接使用的金屬零部件或精美工藝品,所以,它是一種近凈形的金屬液態(tài)成形工藝。與砂型鑄造方法相比,具有以下特點:

        1.鑄件尺寸精度高,表面粗糙度值低,可以實現(xiàn)少加工或無切削加工;

        2.可以鑄造薄壁件或重量很輕的鑄件;特別適合鑄造帶有花紋、文字或溝槽類的鑄件;

        3.能夠鑄造特別復(fù)雜的鑄件,或?qū)⒈姸嗔慵M合、焊接。

        中國是熔模鑄造技術(shù)的發(fā)源地之一。據(jù)考證,在距今2500年前的春秋時期就已出現(xiàn)了失蠟鑄造。1978年在湖北隨州出土的曾侯乙墓的尊和盤是早期失蠟鑄造的代表作,F(xiàn)代熔模鑄造工藝是在20世紀(jì)初期開始形成。第二次世界大戰(zhàn)期間,由于國防、航空發(fā)展的需要,美、英等國首先采用熔模鑄造的方法生產(chǎn)噴氣渦輪發(fā)動機葉片。進(jìn)入80年代以來,世界各地熔模鑄造的產(chǎn)量、產(chǎn)值、質(zhì)量,都有很大的增長和提高,當(dāng)前熔模鑄造正向精密、大型、復(fù)雜、部件整鑄的方向發(fā)展。

        我國的熔模鑄造是在50年代開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),首先從航天、航空部門逐步發(fā)展到所有的工業(yè)部門中,得到廣泛的應(yīng)用。

        中國大陸精鑄業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

        1.中國大陸精密鑄造行業(yè)的規(guī)模

        中國大陸精鑄行業(yè)雖然在20世紀(jì)50年代中期已經(jīng)建立,并逐漸得到推廣應(yīng)用,但真正的飛速發(fā)展卻是在20世紀(jì)90年代初至今的十多年間,特別是最近幾年。目前,中國熔模鑄造有兩類水平的工藝,第一類企業(yè)采用中溫模料制模和硅溶膠或硅酸乙酯粘結(jié)劑制殼的熔模鑄造工藝,即國際通用的熔模鑄造工藝。第二類為采用低溫模料和水玻璃粘結(jié)劑制殼工藝,其鑄件尺寸精度和表面粗糙度比第一類差,達(dá)不到國際熔模鑄造水平。根據(jù)大陸的情況,還有采用中溫或低溫模料制模,表面層采用硅溶膠、加固層采用水玻璃制殼的復(fù)合工藝,能夠在保證較高的尺寸精度和表面質(zhì)量情況下降低成本。據(jù)統(tǒng)計,2001年采用第一類的廠家超過350家,年產(chǎn)量7.5萬噸,年產(chǎn)值32.8億元;第二類工藝生產(chǎn)廠家(包括復(fù)合工藝)超過1350家,年產(chǎn)量近20萬噸,年產(chǎn)值15億元。而2002年,產(chǎn)量更達(dá)到32.1萬噸,產(chǎn)值達(dá)到54.9億元。2002年的產(chǎn)量是1988年的6.4倍。而產(chǎn)值則是1988年3.3億的16.6倍。

        2.工藝水平、鑄件質(zhì)量和產(chǎn)品類別從用途和質(zhì)量水平看

        目前我國精密鑄造生產(chǎn)的鑄件主要是:采用第一類工藝生產(chǎn)的航空及燃?xì)廨啓C用鑄件,質(zhì)量達(dá)到國際水平,廠家有50家,年產(chǎn)量0.5萬噸,年產(chǎn)值4億元;采用第一類和復(fù)合工藝生產(chǎn)的商業(yè)用精鑄件,其質(zhì)量檢查項目和標(biāo)準(zhǔn)低于航空件,有300家左右,年產(chǎn)量7萬噸,年產(chǎn)值28.8億元;采用第二類工藝生產(chǎn)的尺寸精度和表面粗糙度要求低的熔模精鑄毛坯件,有1350家左右,年產(chǎn)量近20萬噸,年產(chǎn)值15億元。從三種質(zhì)量水平鑄件的比重分布可以看出,水平高的航空精鑄件產(chǎn)量很少,僅占總產(chǎn)量的1.8%,一般商用精鑄件占25.6%,而且質(zhì)量還達(dá)不到國際標(biāo)準(zhǔn),水玻璃鑄件卻占總產(chǎn)量的72.6%.總體與美國、英國、歐日等先進(jìn)國家和地區(qū)熔模鑄件的市場結(jié)構(gòu)相比,有明顯的差距,高質(zhì)量的精鑄件比例還很低。

        盡管如此,中國熔模鑄造工藝的各個環(huán)節(jié)還是有了長足的進(jìn)步,對熔模鑄造發(fā)展有較大影響的新材料、新工藝、新設(shè)備也很多,如水溶性型芯、陶瓷型芯、金屬材質(zhì)改進(jìn)、大型熔模鑄造技術(shù)、鈦合金熔模鑄造、定向凝固和單晶鑄造、過濾技術(shù)、熱等靜壓、快速成型技術(shù)、計算機在熔模鑄造中應(yīng)用以及機械化自動化等技術(shù)發(fā)展使熔模鑄造不僅能生產(chǎn)小型鑄件,而且能生產(chǎn)較大鑄件,最大的熔模鑄件的輪廓尺寸已近2m,而最小壁厚卻不到2mm.同時熔模鑄件也更趨精密,除線性公差外,零件也能達(dá)到較高的幾何公差。熔模鑄件的表面粗糙度值也越來越小,可達(dá)到Ra0.4um.

        3.配套業(yè)務(wù)逐步齊全

        由于精鑄行業(yè)的飛速發(fā)展,帶動了相關(guān)的配套業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。主要表現(xiàn)在模具加工、設(shè)備制造、原輔材料生產(chǎn)。據(jù)初步統(tǒng)計,以加工設(shè)備為主的制造精鑄用模具的專業(yè)廠,已經(jīng)在精鑄廠集中的地區(qū)如廣東、山東和武漢等地形成,專用設(shè)備的制造廠林立;精鑄原輔材料生產(chǎn)廠和供應(yīng)商已經(jīng)發(fā)展到近百家,而且由于第一類精鑄工藝生產(chǎn)所需的模料、鋯英粉、砂帶等輔料和一些先進(jìn)的設(shè)備尚不能國內(nèi)生產(chǎn),每年要從國外進(jìn)口數(shù)以千噸的原輔材料。但由于我國基礎(chǔ)工業(yè)和資源條件與其他發(fā)展中國家相比要好得多,因此,精鑄服務(wù)業(yè)發(fā)展的同時,還將向東南亞國家乃至世界延伸和發(fā)展他們的市場。

        4.行業(yè)與國際水平間的差距和優(yōu)勢與國際熔模鑄造水平相比

        中國的精鑄業(yè)應(yīng)用第一類工藝生產(chǎn)的航空精鑄件產(chǎn)量很少,高質(zhì)量的精鑄件也不多,大多生產(chǎn)精度要求不高的管件、五金、馬具和汽車零件,合金種類單一,特別是高溫合金和有色合金所占的比重太小,我國的精鑄水平還是十分落后。

        但是,中國的勞動力成本較低,原材料豐富,在產(chǎn)品價格上占有較大的優(yōu)勢,只要將產(chǎn)品質(zhì)量提高,在國際上仍有很大的競爭力。同時,國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起,機械行業(yè)向精密化、小型化發(fā)展,以及建筑行業(yè)陸續(xù)出臺的一些法規(guī)和地方法規(guī),用鑄銅和不銹鋼鑄件代替鑄鐵管件,為精鑄行業(yè)提供了前所未有的商機。

        同時,中國民營精鑄業(yè)的加盟和迅猛發(fā)展,為中國精鑄業(yè)注入了新鮮的活力,已經(jīng)成為國家精鑄業(yè)最強勁、也是最現(xiàn)實的競爭對手。這類企業(yè)從80年代至90年代初,多以合資和獨資的形式,從臺灣、日本等地引進(jìn)料硅溶膠制殼工藝,主要分布在沿海及周邊地區(qū),其產(chǎn)品大部分銷往國際市場,同時也由于其體制先進(jìn)、機制靈活、管理高效,所以效益非常好。雖僅有20多年的發(fā)展,但已成為中國大陸精鑄業(yè)承擔(dān)出口業(yè)務(wù)的生力軍。另一方面,由于其設(shè)備設(shè)施水平高,工藝和質(zhì)量水平在國內(nèi)屬先進(jìn)水平,基本上達(dá)到了國外的一般水平,有直接出口訂單和市場同盟,產(chǎn)品價值保持在較高的水平,基本與國際接軌。無論從技術(shù)水平還是從營銷渠道上講,他們都是國資精鑄企業(yè)強有力的競爭對手。而以東風(fēng)精密鑄造有限公司等廠家為代表的一部分第二、第三類工藝企業(yè)近年來無論工藝技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率正在加速向國際市場推進(jìn),并將繼續(xù)為提升中國精鑄業(yè)水平積極努力。

        近年來,用于低溫下的鑄鋼件日益增多,其中不少是低溫下的承壓件,這類鑄件大都對低溫沖擊韌度有嚴(yán)格的要求。

        在對鑄鋼件的種種要求中,對很多鑄鋼廠來講,最難的達(dá)標(biāo)的就是沖擊韌度。通常為提高沖擊韌度而采取的措施不外以下幾種:

        ◆降低含碳量;

        ◆適當(dāng)提高錳、碳比(Mn/c);

        ◆加入合金元素,如Ni,Cr,Mo等;

        ◆降低含硫量;

        ◆減少鋼中的硫比物夾雜,改善硫化物夾雜的形態(tài);

        ◆采用爐外精煉工藝;

        ◆改進(jìn)熱處理

        上述各項措施中,改進(jìn)熱處理是應(yīng)當(dāng)重視的首選方案,因為:

        ◆不導(dǎo)致鑄造工藝過程的重大調(diào)整;

        ◆不必添加設(shè)備;

        ◆生產(chǎn)成本增加很少。

        1978年,E. G. Nisbett、R.D.ASP和D. E. Morgan等人發(fā)表了對鍛造碳鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理的研究結(jié)果。核電站用的碳鋼鍛件,經(jīng)雙相區(qū)熱處理后,沖擊韌度約提高了兩倍,而抗拉強度只略有下降。

        此后,加拿大的鑄鋼業(yè)界和歐洲的一些企業(yè)對鑄鋼的雙相區(qū)熱處理進(jìn)行了研究,也得到令人滿意的效果。

        1.什么是雙相區(qū)熱處理

        鑄件的雙相區(qū)熱處理,是在鑄件原實施的正火或淬火的基礎(chǔ)上,再加以只熱到雙相區(qū)的第二次正火或淬火處理。

        雙相區(qū)在A1和A3之間,鋼在此范圍中不完全奧氏體化,組織由α加γ兩相構(gòu)成,所以稱為雙相區(qū)。共析鋼沒有雙相區(qū),所以,這種處理只適用于亞共析鋼。鋼的含碳愈低,其雙相區(qū)的范圍也就愈寬。

        顯微組織為鐵素體加珠光體的亞共析鋼,加熱到A1以上的溫度,組織中的相變情況大致如下:

        a.剛超過A1(727℃)

        鐵素體基本上保持不變,珠光體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。新的奧氏體晶粒在珠光體團(tuán)的邊界上生核,珠光體中的片狀碳化物粗大化并變成球狀。隨著轉(zhuǎn)變過程的進(jìn)行,碳從球狀碳化物向不斷長大的奧氏體中擴散。這樣,就在原有的球光體內(nèi)形成新的鐵素體晶粒。珠光體發(fā)生這種轉(zhuǎn)變所需的時間,因鋼中合金元素含量和溫度而異,但是,在雙相區(qū)內(nèi)經(jīng)1小時大約可完成90%.由珠光體形成的奧氏體,其初始含碳量接近共析成分(即0.77%左右)。

        b.加熱到雙相區(qū)內(nèi)較高的溫度

        如將鋼加熱到較高的溫度,則奧氏體區(qū)會進(jìn)一步擴大到原有的鐵素體中,奧氏體的含碳量也會逐步降低到接近鋼的成分。原有的鐵素體中也可能形成一些小而孤立的奧氏體。

        鑄鋼件在雙相區(qū)保溫后再冷卻時,生成的奧低體又轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體。處理的主要效果是晶粒組織細(xì)化,因而能改善鋼的韌性。

        2.熱處理工藝要點

        重要的鑄鋼件,在進(jìn)行熱處理之前應(yīng)進(jìn)行一次均勻化退火,以消除魏氏組織。均勻化退火的溫度一般在A3以上100-150℃,在此溫度下保溫后爐冷。一般的鑄鋼件,可以不進(jìn)行這種處理。

        除有特殊要求的鑄鋼件外,一般都采用退火、正火或調(diào)質(zhì)等熱處理工藝。

        采用退火處理的鑄鋼件,對力學(xué)性能的要求一般都不高,對這類鑄件,不必用雙相區(qū)處理。

        采用正火或調(diào)質(zhì)處理的鑄鋼件,如要求改善沖擊性能,可進(jìn)行雙相區(qū)處理的試驗研究,以下意見可作為試驗時的參考。

        a.采用正火處理的情況

        碳鋼鑄件和低合鋼鑄件,一般都采用正火或正火、回火處理。正火處理時,加熱溫度應(yīng)在A3以上30-50℃,保溫時間按鑄件截面厚度確定,一般為每25mm厚度1小時。

        進(jìn)行雙相區(qū)熱處理時,將經(jīng)正火處理的鑄件再次加熱到A1以上,A3以下的某一溫度,保溫后空冷。A3的具體值因鋼的含碳量和合金元素含量而不同,可從熱處理手冊中查到,雙相區(qū)處理的具體溫度值值,應(yīng)由試驗的結(jié)果確定,可先在試驗室用試樣作不同的處理,從而選取效果最佳的溫度。

        如正火后還需回火,則回火應(yīng)在雙相區(qū)處理之后進(jìn)行。

        b.采用調(diào)質(zhì)處理的情況

        對力學(xué)性能要求高的低合金鋼鑄件,應(yīng)采用調(diào)質(zhì)處理工藝,調(diào)質(zhì)處理包括淬火和回火兩道工序。

        鑄鋼件淬火時,加熱溫度一般在A3以上20-30℃。

        調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行雙相區(qū)熱處理,應(yīng)在淬火之后進(jìn)行。處理溫度的選定與前述正火相同,在選定溫度下保溫后也淬火冷卻,淬火介質(zhì)與第一次淬火相同。

信息來源:  文章作者:佚名 
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