铸钢件：低碳钢铸件、中碳钢铸件、高碳钢铸件铸造工艺有什么不同？

碳钢铸件铸造工艺跟铸铁工艺有着很明显的不同，但同为碳钢铸件的低碳、中碳和高碳
相互间工艺差异不大，主要是在铸钢的熔炼、浇注过程中含碳量的控制上的差异。但是如何控制含碳量却是整个碳钢铸件铸造工艺得最精华所在，也是碳钢铸件成败的所在。

此类差异大至可分为含碳量超标和增碳问题两大类型来说明：
若讨论造成铸件含碳量超标的原因主要有以下几点：
1）铸件的模样材料选择不合理。一是含碳量高；二是铸模密度太高。使铸件在浇注充型过程中液相及雾状游离碳含量高，造成铸钢件的渗碳机率增大。
2）铸钢件的生产熔炼配料中碳含量未严格控制，特别是各种废钢中的含碳量和各种废钢中是否存在有其它合金成分的材料不明。
3）在铸件的浇注系统设置中浇注充型设计不合理。造成热分解产物不能顺利进入集渣腔或冒口中，延长了热分解产物中的接触反应时间。而造成渗碳、增碳现象的发生。
4）铸造模样的涂料层及浇注砂箱中的型砂透气性差。将造成遇热分解时的热分解产物，不能迅速排出浇注型腔，而创造出渗碳、积碳的不利工况与条件来。

另一个重大缺陷是铸钢件在铸造过程中容易产生增碳问题
在我国目前还没有解决该种缺陷的完善方法，
经过试验，发现其增碳有一定的规律性，铸件表面增碳，而心部几乎不增碳；内浇口附近不增碳，而离内浇口越远，增碳越严重。
采取如下相应措施，可使铸件成分基本在工艺要求范围内。
（1）选择含碳量少的泡沫材料，这是关键，目前消失模铸造用材料主要有EPS , STMMA , EPSMMA 三种，其含碳量依次减少。
（2）利用离内浇口越远，增碳越严重的特点，在离内浇口最远程或在铸件的最高点设置冒口，使先进入铸件的增碳污染严重的钢水进人冒口内，同时冒口还起到集渣、集气的作用。使用该工艺，可使铸件整体含碳量控制在工艺要求范围内。
（3）消失模模样的密度非常重要，只要表面光洁，密度低，可带来增碳低和发气量少的好处。

补充说明：
铸钢件含碳量区分：
低碳钢铸件C%<0.25%
中碳钢铸件0.25%高碳钢铸件0..66%
铸钢的铸造工艺特点
因为铸钢的熔点较高，钢液易氧化、流动性差、收缩大，铸钢体收缩率为10～14%，线收缩为1.8～2.5%。为防止铸钢件产生浇注不足、冷隔、缩孔、裂纹及粘砂等缺陷，必须采取比铸铁更复杂的工艺措施：简单说明如下
1、铸钢件的壁厚不能小于8mm；应使其壁厚均匀、避免尖角和直角结构。
2、浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大；
3、采用干铸型、快干型或热铸型；可减少气体来源、并提高钢水流动性及铸型强度
4、采用CO2硬化的水玻璃砂型。减少高温下钢水与铸型材料相互作用，产生粘砂缺陷。
5、采用耐火度较高的人造石英砂做铸型，并在铸型表面刷石英粉或锆砂粉制得的涂料。
6、采用空心型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的透气性。
7、可在铸型用型砂中加入锯末、在型芯中加入焦炭。
8、可在铸造工艺上大都采用加大冒口、冷铁和补贴等措施，以实现顺序凝固。
9、适当提高浇注温度，一般为1520°～1600℃。
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。

铸钢的熔炼 一般采用平炉，电弧炉和感应炉等。
平炉的特点是容量大、可利用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼优质钢及低合金钢，多用于熔炼质量要求高的、大型铸钢件用的钢液。

三相电弧炉的开炉和停炉操作方便，能保证钢液的成分和质量、对炉料的要求不甚严格、容易升温，故能炼优质钢、高级合金钢和特殊钢等，是生产成型铸钢件的常用设备。

高频或中频感应炉，能熔炼各种高级合金钢和碳含量极低的钢。适于小型铸钢车间采用。

1铸造碳钢

我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。表1列出铸造碳钢的国家标准中，关于钢的牌号，化学成份和机械性能的要求，牌号中的“ZG"表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低于0.04%的特质(Ⅰ级)钢;低于0.05%的优质(Ⅱ级)钢.低于0.06%的为普通（Ⅲ级）钢。

一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。对钢中的基本化学成分只规定其质量分数的上限，对钢中残余合金元素的限制比较宽。

2铸造低合金钢

2.1 通用铸造低合金钢系列钢种

在机械制造中，通用的铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。

1）锰系低合金钢

以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。

2）铬系低合金钢

以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。

3）镍系低合金钢

以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。

2.2 具有特殊性能和用途的低合金钢种

根据对铸件提出的特殊使用性能要求，进行钢的合金设计，即是有专门用途的铸造低合金钢种，其中包括用于厚大截面而又不允许淬火处理的析出强化型低合金钢，耐热用低合金钢，低温用低合金钢以及抗磨用低合金钢等。

3 铸造高合金钢

在铸造高合金钢中，加入有合金元素总量在10%（质量分数）以上，加入的合金元素可以是一种，两种，或更多种。钢中含有大量合金元素后，组织发生了根本的变化。使得钢具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奥氏体高锰钢，具有很高的抗冲击磨损的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奥氏体不锈钢，具有很好的耐腐性能等，因此，高合金铸钢实际上是特种铸钢。

与特种铸铁相比，高合金铸钢具有更高的性能，特别是机械性能，如高铬抗磨白口铸铁，虽有很高的抗磨性，但其韧性则较差，不适于在高冲击力的作用下工作，而高锰钢则既有很高的抗磨性，又有很高的冲击韧性，能经受高冲击磨损。又如高硅铸铁在酸类公质中有强而蚀性，但其强度很低，极易脆裂。而奥氏体不锈钢则既具有而蚀性，又有较高的强度和很高的冲击韧性，适用于经受冲击或震动条件下的耐蚀铸件，如而酸泵的旰轮等。再如高铬铸铁虽有很高的耐热性，但也是低强度、高脆性的材料，而高铬镍钢和铬锰氮钢则具有很高的强度和韧性。因此，高合金铸钢比特种铸铁更适合于在重载荷、冲击和震动条件下工作的机器零件，比特种铸铁具有更大的可靠性和安全性。

由于高合金钢中含有大量合金元素，故在铸造性能、焊接性能以及切削加工性能方面均比碳钢和低合金钢差。在铸造性能方面，每种高合金钢均有其特点，生产上需要根据其铸造性能特点来制定相应的铸造工艺。在焊接方面，一般需要使用特定的合金焊条。有些钢种焊接时还需要采取惰性气体保护，必在时还需要在焊前进行铸件预热和在焊后进行的改善焊接部位组织以及消除焊接应力的热处理等。在切削加工方面，由于高合金钢种硬度很高，有的钢种韧性很强，以至于用加工一般碳钢及低合金所用的刀具和切削工具，不能进行加工，而必须采用特定的刀具切削工艺。

3.1 铸造抗磨钢（高锰钢）

在铸造抗磨钢中，高锰钢是最通用的一种。高锰钢中锰的公称含量为13%（质量分数），牌号为ZGMn13，钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性很好，但硬度并不高，但这种奥氏体有加工硬性，铸件在工作中经受强烈的冲击或挤压时，其表面层组织发生加工硬化，硬度大为提高，因而具有很高的抗磨性。

3.2 铸造耐蚀钢（不锈钢）

铸造耐蚀钢的钢种很多，但基本上都以铬作为耐蚀的主要合金元素。依照化学成分和组织可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两类。

1）铬不锈钢

铬不锈钢的公称含量为13%，是不锈钢钢种当中含铬量最低的一种。Cr13型钢是一个系列，按照钢含量不同而分为五种钢号，即0Cr13，1Cr13，2Cr13，3Cr13和4Cr13。作为铸造不锈钢使用的是耐蚀性较好的ZG 0Cr13和ZG1Cr13两种。

2）铬镍不锈钢

铬镍不锈钢中铬的公称含量ωcr=18%，其耐蚀性能优于Cr13钢。

3.3 抗磨耐蚀合金钢（不锈钢）

由于水力发电和其它工业的需要，近年来国内外发展了抗磨耐蚀合金钢，其中典型的是用于制造水轮机转子和单浆叶片所用的铬镍钼马氏体不锈钢和析出硬化型铸造不锈钢。

抗磨耐蚀不锈钢也是以铬为主要耐蚀合金元素的，为了使钢具有高硬度，应使钢具有马氏体组织。为此在钢中添加镍和钼，以便在铬镍的联合作用下，使钢具仍很高的淬透性，从而使大型厚壁铸件能在油淬或空泠条件下，得到沿全断面厚度的马氏体组织。在析出硬化型不锈钢中，由于有弥散硬化相在马氏体基体上析出，因而更进一步提高了钢的硬度和抗磨性。为了保证有良好的耐蚀性和焊接性，这类钢中碳的质量分数比较低，一般在0.1%以下。

3.4 铸造耐热钢

耐热用低于合金钢在400℃以下的温度具有抗氧化性，并能保持其强度，但在更高的温度下具有耐热性，就需要用高合金钢。

钢的高温性能包括抗氧化性及热强性两个方面，抗氧化性是钢在高温下具有对气体介质的氧化腐蚀的稳定性，热强性则是钢在高温下能长期保持承受机械负荷的能力。高温下使用的钢种即按照这两种性能而分为两类。

1）耐热不起皮钢（抗氧化钢），这是在高温下具有良好的抗氧化性的钢，但对钢的高温强度无严格要求。

2）热强钢，这是在高温下既具有良好的抗氧化性，又能长期保持高强度的钢。

生产上所用的耐热温度在800℃以上的钢有铬耐热钢、铬镍耐热钢、铬锰氮耐热钢和铝锰耐热钢等四大类。

3.5 铸造热强钢

1）钢在高温下的强度及热强性

钢在高温下受力时，发生两种现象，即软化和蠕变。软化的表现是强度降低，而塑性升高。蠕变的表现是钢在高温下受力时，在应力不变的条件下，其变形量不断增长，直至最后断裂。

2） 低体热强钢

热强钢通常按其金相组织而分为珠光体型、马氏体型和奥氏体型。前两种含的强化元素较少，热强性较差，一般用于600℃以下的温度。奥氏体能固溶大量合金元素，有利于提高钢的热强性。因此，在600。C以上的温度使用的热强钢，基本上都是奥氏体型

在更高温度（800℃以上）使用的热强性材料已不是钢（铁基合金），而是镍基合金或钴基合金了。

工艺设计时需要考虑收缩率不同，高碳钢收缩率大些
还有凝固方式不同，低碳钢属于逐层凝固，高碳钢属于糊状凝固，中碳钢介于两个之间，
冒口工艺不一样，产品体收缩不同，冒口设计时候也不一样。

给我邮箱地址：给你几本书 1）《铸件形成理论》、2）《铸造手册 第2卷 铸钢》、3）《铸造手册 第5卷 铸造工艺》、4）《铸造手册 第4卷 造型材料》。

lidonghai0313@163.com