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耐热钢铸件的生产工艺是什么

时间:2025-11-19 15:56:422


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好的,耐热钢铸件的生产工艺是一个复杂且精密的过程,它综合了冶金、模具、热处理等多种技术。其核心目标是获得化学成分精确、组织结构稳定、内部缺陷少、尺寸精度高的铸件,以确保其在高温高压环境下的长期安全使用。

以下是耐热钢铸件典型的生产工艺流程,可分为几个主要阶段:
第一阶段:工艺设计与模具准备
这是生产的“蓝图”阶段,决定了铸件的最终质量和成品率。
    图纸分析与工艺设计:
        根据零件图纸,确定分型面、浇注位置、加工余量等。
        铸造工艺设计:这是最关键的一步,包括设计浇注系统(如何让钢水平稳充满型腔)、冒口系统(如何有效补缩,防止缩孔缩松)和冷铁(如何控制凝固顺序)。现在通常使用铸造模拟软件 进行计算机仿真,提前预测可能出现的缺陷(如缩孔、夹砂等),并优化工艺方案,大大提高了试制成功率。
    模具制造:
        模样制作:根据工艺设计,制作与铸件形状相对应的模样(模型)。模样材料可以是木材(木模)、塑料或金属(用于大批量生产)。
        造型与制芯:
            造型:用型砂(如石英砂、铬铁矿砂等)围绕模样制造出铸件外部形状的砂型。现代工厂普遍采用消失模铸造 或V法铸造,可以获得更精确的尺寸和更好的表面质量。
            制芯:制作形成铸件内部空腔(如孔洞、通道)的砂芯。砂芯通常需要用砂芯粘结剂(如树脂)来保证其强度。

第二阶段:熔炼与浇注
这是生产的“心脏”环节,决定了材料的本质性能。
    配料与加料:
        根据耐热钢的目标成分(如ZG40Cr25Ni20、ZG35Cr26Ni12等),精确计算并称量各种原材料,包括废钢、生铁、以及合金元素(如铬铁、镍板、钼铁、钨铁等)。
    熔炼:
        主要在电弧炉 或中频感应炉 中进行。
        过程包括:熔化期→氧化期(脱磷、去气)→还原期(脱氧、合金化、调整成分)。
        成分控制至关重要:必须精确控制C、Cr、Ni、Si、Mn等主要元素以及Nb、W、N等微量元素的含量,因为它们直接决定了钢的耐热性、高温强度和抗氧化性。
    炉后精炼:
        为了进一步提高钢水纯净度,通常会将初炼的钢水转移到AOD炉 或LF精炼炉 中进行精炼。
        目的是进一步降低气体(如氧、氢)、有害杂质(如硫、磷)的含量,并使成分和温度更加均匀。
    浇注:
        将成分合格、温度适宜的钢水从钢包中浇入准备好的砂型型腔中。
        浇注温度和浇注速度是关键参数,需要严格控制。温度过高易导致晶粒粗大和热裂,温度过低则可能浇不足或产生冷隔。

第三阶段:冷却、清理与后处理
这是将铸造成型件变为合格产品的阶段。
    冷却与落砂:
        浇注后,铸件在砂型中自然冷却至一定温度(低于其固相线)。
        然后通过振动或机械方式将铸件与砂型、砂芯分离,得到“毛坯铸件”。
    清砂与切割:
        去除铸件表面和内部残留的型砂和砂芯。
        使用切割设备(如砂轮切割、氧乙炔切割)去除浇注系统、冒口和飞边毛刺。
    热处理(至关重要的一步):
        耐热钢铸件必须经过热处理来优化其内部组织结构,以获得所需的性能。
        固溶处理:将铸件加热到高温(通常1050℃~1180℃),使合金碳化物充分溶解到奥氏体基体中,然后快速冷却(水淬或油淬),目的是:
            消除铸造应力。
            均匀化学成分和组织。
            获得过饱和的固溶体,为后续时效或直接使用提供最佳状态。
        时效处理:对于某些沉淀硬化型耐热钢,在固溶处理后进行较低温度的保温,使强化相(如碳化物、金属间化合物)弥散析出,从而提高强度和硬度。
    抛丸清理:
        使用高速喷射的钢丸对铸件表面进行冲击,以彻底清除表面氧化皮和残留物,并获得光洁的表面,同时还能在表面产生压应力,有利于提高疲劳强度。
    焊补与矫正:
        对于检测出的表面缺陷(如砂眼、气孔),有时允许使用同材质的焊条进行焊补修复。
        对于变形的铸件,可以进行热矫正。