铸钢与铸铁的区别

关于铸钢与铸铁的铸造问题

铸钢与铸铁的铸造都是铸造铁合金——铸造铁与碳组成的铁碳合金,属黑色金属铸造。

一、铸钢与铸铁化学成分的区别

钢铁均是含有少量合金元素和杂质的铁碳合金,按含碳量不同可分为:

熟铁――含C小于0.05%

钢 ――含C为0.05~2.0%

铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金。

工业用铸铁一般含碳量为2%~4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在,有时也以渗碳体形态存在。除碳外,铸铁中还含有1%~3%的硅,以及锰、磷、硫等元素。

合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。 铸铁可分为:

①灰口铸铁。含碳量较高(2.7%~4.0%),碳主要以片状石墨形态存在,断口呈灰色,简称灰铁。熔点低(1145~1250℃),凝固时收缩量小,抗压强度和硬度接近碳素钢,减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。

②白口铸铁。碳、硅含量较低,碳主要以渗碳体形态存在,断口呈银白色。凝固时收缩大,易产生缩孔、裂纹。硬度高,脆性大,不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。

③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得,石墨呈团絮状分布,简称韧铁。其组织性能均匀,耐磨损,有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。 ④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得,析出的石墨呈球状,简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。

⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得,析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近,铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。

⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素(如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等)获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化,从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。

铸钢

用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。

①铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。

含碳小于0.2%的为铸造低碳钢; 含碳0.2%~0.5%的为铸造中碳钢;

含碳大于0.5%的为铸造高碳钢。

随着含碳量的增加,铸造碳钢的强度增大,硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性,成本较低,在重型机械中用于制造承受大负荷的零件,如轧钢机机架、水压机底座等;在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。

②铸造低合金钢。含有锰 、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%,具有较大的冲击韧性,并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能,能减小零件质量,提高使用寿命。

③铸造特种钢。为适应特殊需要而炼制的合金铸钢,品种繁多,通常含有一种或多种的高量合金元素,以获得某种特殊性能。例如 ,含锰11%~14%的高锰钢能耐冲击磨损,多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件;以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢,用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件,如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。

ASTM标准D-5S奥氏体球铁的C含量要求小于2.0 二、铸钢与铸铁性能与铸造特性的区别

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。

3、铸钢的熔点高,相应的其浇注温度也高。高温下钢水与铸型材料相互作用,极易产生粘砂缺陷。因此,应采用耐火度较高的人造石英砂做铸型,并在铸型表面刷由石英粉或锆砂粉制得的涂料。为减少气体来源、提高钢水流动性及铸型强度,大多铸钢件用干型或快干型来铸造,如采用CO2硬化的水玻璃砂型。

铸铁以铁为主,并含有一定的杂质元素,而对于钢材,其不同种类的钢材在不同的标准上都有化学成分的严格限制,并含有一定的合金成分如、铬、镍、铜、钼、钛、铌、锰,及一些非合金元素等,故铸铁的结晶温度要比钢稳定的多,这

从纯铁的相图上就可以反应出来,而对于钢,无论二元合金、三元合金,乃至实际使用最多的多元合金,其相图非常复杂,合金元素的存在使得成分偏析比较严重,这主要由不同元素间的化学势、浓度不同引起,同时其不同元素及元素间化合物的过冷度亦不一致,即流动性不如铸铁,另外,合金元素及其化合物的存在同样使得材料的膨胀系数、热导率等优于铸铁,即冷却收缩后较大的变形。

三、铸钢与铸铁的铸造生产方法 1、熔炼方法的异同 A、设备相同

中频电炉既可用于熔炼铸钢也可用来熔炼铸铁; B、炉衬不同

由于钢水温度比铁水温度至少要高150℃,铸钢熔炼炉的炉衬材料的耐火度比铸铁要求高。 C、原材料的处理

一般铸钢要减少钢水中的碳含量,使其保证在0.5%以下,而铸铁则要增碳,使其保证在2.5%以上; 2、造型方法的异同

A、由于钢水温度比铁水温度至少要高150℃,铸钢的造型材料耐火度要比铸铁要求高;

B、由于钢水收缩率比铁水大,所以,铸钢件的冒口比铸铁件要求大,铸件要补缩,钢水利用率低,工艺出品率低,同样质量的水得到的铸件少; C、设备可以相同

铁模覆砂工艺及设备可以同时用于生产铸钢和铸铁,但是两者所用的覆膜砂不一样,铸钢必须要耐高温的覆膜砂——其原砂SiO2含量要高;

结论:

1、铸钢不能与铸铁在同一个区域生产,相互存在干扰,即使所用设备一样其使用的材料也不一样;

2、在两个相互独立的空间用同样型号的设备生产没有问题。

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