材料科学与工程学院赴西安实践队报告

1、摘要北京航空航天大学赴西安暑期实践队于 2015 年 7 月 13 日赴西安轨道交通装备公司实地材料科学在生产生活共计一天半，14 日早上到达西安。下午接受入中的应用，厂安全教育，认领安全帽后由工厂带领参观热车间（铸钢）与冷车间，15 日早上参观转向架组装车间与工厂的理化，由于工厂暂时息工（未收到订单）原定拍摄计划被迫取消，仅撰写实践报告，并整理。结果显示，本工厂转向架车间生产流程为：准备阶段：材料并由理化检查材料质量，决定材料取舍。铸钢车间：（合金）本工厂铸钢车间仅摇枕与侧架，其他零部件均通过获得。1、冶炼：将各种材料如金属氧化剂还原剂通过熔化、氧化还原、出钢等过程得到毛坯。2、造型：与冶炼

2、同时进行、通过向模具中添加砂填满毛坯，并通过摧毁砂模具制造空腔。3、冒口：由人利用气刨将冒口冶炼时用以溢出多余液体，同时维持固液平衡的部分切除。4、抛丸打砂：利用打出的小打掉砂的残留物。5、热处理：通过加热使金属晶体晶粒细化进而使零件强度增加。6、二次抛丸：同抛丸打砂。7、探伤：利用核磁共振检查零件的裂缝，将其中不可用的部分报废品筛选出，用以回炉重铸。冷车间（机械）：主要是利用铣刀制造圆角、光滑面等，使从铸钢车间好的摇枕侧架零件便于组装。转向架组装车间（机械）：轮轴，轮轴并非由工厂铸钢车间制造，而是通过轮和轴的毛坯再而成。组装转向架。通过本次实践，从材料系的角度来说，队员加深了对材料科学与工程

3、的了解，使理论与实践结合，初步了解了毕业后可能的出路之一，理解了在工厂中材料人的作用；从广义来说，了解了一般工厂的生产流程，为自身进入提供了经验。正文实践的目的截至2015 年暑假，一年的大学理论课程的学习已经宣告结束。但是很多人对所学的学科材料科学与工程却仅仅停留在这个名称与“词条”上。无论是材料科学的基本方法还是材料科学在生产生活中的应用我们都不甚了解。为了加深对材料科学的了解，以及理解材料工艺在生产生活中的应用，北京航空航天大学赴西安暑期实践队决定赶赴西安轨道交通装备有限责任公司实地材料科学在生产生活中的应用。为了不漏掉任何步骤，我们决定对西安轨道交通装备公司生产的火车货运车厢的转向架零

4、件的生产全过程进行深入观察与探究。的重点放在以下几点：1、一个零件从原材料到成品至少要经过那些流程。2、生产一个零件需要什么材料与什么。3、这些过程将对这些材料（或半成品）造成什么样的改变。公司简介西安轨道交通装备公司是中国铁路货车制造、铁路货车修理、铁路客、铁路车辆配件制造及国内拥有铁路罐车设计制造主导权的大型骨干企业，是中国铁路罐车、航天特种罐车设计制造基地和龙头企业。公司始终坚持科技兴企的发展战略，大力推行科技领先、品质至上、创新为魂的经营管理理念，以高技术含量、高附加值、高速重载、多品种、多系列的市场策略，构建起了适应铁路发展要求和市场需求的技术创新体系。公司具备C1 级（铁路罐车）、

5、C3 级（罐式集装箱）容器设计制造和 A2 级第三类中、低压容器制造资质。是通过 ISO9001：2000 质量管理体系、职业健康安全管理体系、环境管理体系以及质量体系、ISO10012¬1 国际计量认证企业 1。一、实践的过程从接到实践开始，本团队制订了实践的计划：原定到西安后两天内追踪拍摄一种“零件”，以达到了解“材料在生产生活中的应用”的目的，并于数日后参加了系内的立项答辩。几日后，通过与当地协商后，我们决定对转向架车间制造的摇枕侧架零件进行追踪，并获得并上交所需材料（实践）。7 月 13 日下午 3 点，本团队一行 7 人于北京航空航天大学沙河校区东门口集合，经地铁到达

6、火车站，乘火车前往西安。7 月14 日上午 9 点，到达西安乘地铁前往西安轨道交通装备有限责任公司，并于燕雀宾馆入住，用过午饭后，前往西安轨道交通装备公司市场部接受入场教育。图 1 安全教育安全教育内容包括：1、简介材料工业在工厂中的应用。2、简介入场须知，触摸工厂内所有零件机械，例如像“红铁不烧人”指的是烧伤都发生在人们去触摸热量特征不明显的铁的时候，还有不能去触摸机械制品，防止毛刺割伤；入场期间需随时佩戴安全帽；以及要注意地上的物品，防止被铁柱绊倒摔伤。3、简介参观流程：外来需先在门卫处办理入场手续，后跟随安全的带领参观工厂；并提出要求如下：随时走在安全线以内，进入工厂后嬉戏打闹，拍照需经

7、过，在不条令的条件下拍照摄影。工厂内吸烟。随后进入工厂，参观铸钢车间和冷车间。图 2 铸钢车间一进入铸钢车间的大门，就看到了壮观的熔炼炉，经介绍我们得知这两个熔炼炉是由高压电供给给炉内的三个电极，通过电极之间产生电弧使得其中的金属熔化，并通过加入氧化还原剂炉内成分。经过一定时间后熔炼炉倾倒，将其中液体倒入事先准备好的模具中，并在模具中加入由石英砂经高压处理过后形成的型子，当零件经由风冷后，在室内利用破坏型子使零件形成毛坯。将毛坯经由吊车运送至冒口切割部门，在那里工人将用汽刨切掉冒口，冒口切割完毕后，毛坯将被吊起，进入抛丸打砂环节：由发射钢丸击打毛坯使零件上附着的石英砂及氧化物脱去。抛丸打砂结束

8、后将由拖车将零件拖入热处理室，在热处理室中，摇枕侧架将被加热至 910 摄氏度，以增加其强度。经的毛坯将进入探伤环节决定其去留，本场探伤的为核磁共振，如裂纹过可能导致零件报废回炉铸钢车间过的毛坯将运往冷车间进行机械，简单概括就是用铣刀光滑面和圆角倒角。与我们由计算机进行精密的方法不同，这里的机部分均是由一台进行一种，比如倒角就有专门的一台，平面同理也是由专门的一台，也就是说越复杂的零件所需的越多，这让我们充分了解了零件设计的重要性。7 月 15 日上午八点钟集合完毕后，由带领我们参观转向架组装车间和工厂的理化。图 3 转向架，枕，红为侧架转向架组装车间包括车轮的与转向架的组装，车轮并非由本厂制

9、造，而是用的毛坯经机后组装到转向架上，以减少所需的成本。组装部分并非本专业研究方向，故此处略去。理化顾名思义便是研究材料物理化学性质的，其中包括包括显看断口结构了解材料结构，洛氏硬度仪检验硬度较强的材料的硬度，布氏硬度仪检验硬度较差的材料的硬度，冲击测试仪及拉伸测试仪用来检验材料的抗冲击及抗拉伸能力，红外光谱及热失踪为检验橡胶化学式的仪器。以上就是参观工厂的报告内容，以上报告内容皆为口述，由笔者笔录并转述至实践报告中，可能存在错误，但请相信其内容的真实性。图 4 笔记假期的剩余时间，各组员通过网络加深对参观过程中遇到的各过程进行深一步了解，并完成实践报告。二、实践的结论0、理化理化是检验材料理

10、化性质以检验工程材料性能的部门，包括组成、硬度、拉伸强度、耐腐蚀等性质，具体通过红外光谱，热失踪（验证燃烧产物）、洛氏硬度仪、拉伸测试仪、显等，接下来，让我们用工程材料检测的重要性一文阐述理化的作用。引文：“工程材料质量是否符合设计及材料标准的要求，将直接影响到整个工程的质量和结构安全。加强工程材料检测工作，可以提高工程质量，加快工程进度，降低造价，推动旌工技术进步。本文就工程材料检测的重要性进行分析，并就工程材料检测的质量谈一些体会 。1 工程材料检测的重要性工程材料成本通常占到工程造价的 50以上，其质量也直接关乎工程的质量。在我国， 十分重视工程材料的质量检测。 建没工程质量管理条例第三

11、十一条规定 “施工对涉及结构安全的试块、试件及有关材料，应当在建设或工程监理监督下现场取样， 并送具有相应资质等级的质量检测进行检测”。因此，工程材料检测是工程质量检测的一种有效，其必要性和重要性主要体现在以下几个方面：1 、通过检测可以优化工程材料的选择。(1)通过检测， 可在众多同类中优先选择综合费用低的原材料。可以科学地评定各种原材料及其成品、半成品材料的质量好坏。对于任何一种材料均可通过对其规定性能的相关检验，评定其是否。这对于合理地应用材料，提高工程质量，是非常重要的。比如选择土场，在完成的组成分析时，应进行达到压实标准所需的机械台班消耗与最佳含水量水分补充的总费用比较， 选择标准击

12、实较低、补充水分量少的土场，可节约工程用水量，从而节约了费用。(2 ) 有利于选择新材料、新技术、新工艺通过对新材料、新技术、新工艺进行试验检测，可以鉴别其可行性、适用性、有效性、先进性，对于推动旌工技术进步，提高工程进度和质量等将起到积极的作用。(3)可以通过检测，优化材料的配合比设计。在进行配合比设计方面，多做几个试配方案， 以便有选用成本主要材料用量比例小的配比的方案。通过配合比试验检测可以选择合理的材料配合比有效地降低工程造价 。2、通过检测， 可以将所了解到的工程材料质量信息又可反馈给设计与工艺部门，促使进一步改进设计与施工工艺以提高成品质量，收到减少废品和返修品， 从而降低成本、提

13、高生产效率的效果。3、通过检测， 可以根据验收标准将原材料的质量水平在适合使用性能要求的范围内， 避免无限度地提高质量要求造成所谓的 “ 质量过剩” 。有了这套有效科学的测试， 对于任何一种材料均可通过对其规定性能的相关检验， 从而评定其是否。这对于合理地应用材料， 提高工程质量是非常重要的。4、 通过对工程材料的检测能合理的并科学的评价施工质量。一项工程质量的好坏，包括施工过程中的质量、竣工后的评定验收。工程材料检测无疑是一种科学有效的方法和手段。2 工程常用的材料性质和检测项目工程常用材料的基本性质可分为物理性质 (如密度、堆积密度、孔隙率、密实度、吸收率、抗冻性、导热性等) 、力学性质(

14、如抗压、抗拉、抗弯、抗剪等强度)和工艺性质。对市政工程建设常用的钢材、水泥、砂、碎石、回填土、沥青等，首先要知道材料必检的项目，才能对材料与否作出准确的， 以下列出几种常用材料的必检项目：1、钢筋原材料： 拉力试验、冷弯试验、缩性试验：2、钢筋焊接(搭接焊) ： 抗拉试验：3、水泥 (常规五大指标) ：细度、时间、终凝时间、安定性、强度4、砂： 级配、含泥量、细度模数 ：5、碎石：压碎值、含泥量、针片状含量、级配：6、回填土料：液试验、击实、GBR 试验 ：7、沥青(常规三大指标)： 针人度、软化点和。3 工程材料检测要求1 、钢筋原材料检测：应以同厂别、同炉号、同规格、同一交货状态、同一进场

15、时间，每 60t 为一验收批，不足 60t 时，按一验收批检测，钢筋的物理性能和化学成分各项试验，一项不符合钢筋的技术要求，则应取双倍试件(样)进行复检，再有一项不，该验收钢筋则判为不。不的钢筋不得再使用， 并要有处理报告，以防止其混入其他批量中。2 、袋装水泥检测 ： 应以同一水泥厂、同标号、同一生产时间、同一进场日期的水泥，200t 为一验收批，不足 200t 时，亦按一验收批检测。3、散装水泥检测：应以同一水泥厂生产的同期出厂的，且同品种、同标号的水泥，以一次进厂(场)的同一号的水泥为一批， 但一批总量不得超过 500t 同时，还要注意水泥的有效期( 一般为 3，硅酸盐水泥为 1)，过期

16、必须做复检，连续施工的工程相邻两次水泥试验的时间不应超过其有效期 。4 、砂、碎石或卵石检测： 应以同一产地、同一规格、同一进场时间，每 400m3 或 600t 为一验收批。不足 400m 3 或 600t时， 按一验收批检测。5 、石油沥青检测 ：以同产地、同一品种、同一标号，20t为一验收批，不足 20t 时也要按一验收批检测。6、 路基填筑土压实度检测：路基填筑土压实度检测一般采用灌砂法，当压实层项面不再有轮迹时，检测频率为 2000m3 检测 8 点，不足 2000m3 时， 至少应检测 2 点。4 工程材料的检验方法检验方法有检验、外观检验 、化学 性能检验 、物理性能检验、机械性

17、能检验和无损检验等。1 、检验， 就是通过随样提供的材料质量保证资料、第检测试验报告、实验报告等进行审核，取得监理、总包 施工方共同认可方可使用 。2 、外观检验是对材 料的品种 、规格、外形几何、标识、腐蚀情况、损坏及包装情况、焊接外观及保况、包装情直观检查，看其有无质量问题。3 、化学性能检验是借助化学试验和化学试剂及仪表仪器对材料样品的化学成份进行鉴定测试 。4 、物理性能检验是借助仪器、仪表、光学、试验机等对材料样品的物理特性进行鉴定测试。5、机械性能检验是借助力学机械及测试设备和仪表仪器对材料的样品的力学特性进行鉴定测试 。6、无损检验是利用超声波 、x 射线、表面探伤 (着色、磁粉

18、、渗透)等检测器具和仪器仪表进行鉴定测试。5 工程常用材科现场质量措施1 、按施工计划结合施工方法要求，组织各种材料进场，按总体平面布置堆放， 不同品种、不同规格的材料分别堆放，并准备好防雨覆盖设施，特别要防止水泥受潮变质和钢筋锈蚀2、土料场蕴藏数量及开采、条件，并对工程主要材料 (水泥、钢材、沥青、碎石、砂)进行室内试验，及时出具试验报告，坚持做到用数据说话。3、对路基土首先应进行土场、土壤分类、土壤塑性指数和土壤颗料分析，进行土壤天然含水率、分路段或分层用土的最大干容重和最佳含水量的试验，并确定各种用土的重型击实际准，做好试验路段，拟定好施工技术指标。4、对各类混凝土构造物中所用的钢筋种类

19、、钢号和直径，应坚持做到符合设计文件的规定， 其技术标准符合部颁标准，焊条、预埋件的品种、规格和质量必须符合设计要求和规范规定。5、根据市政工程质量监理要求，坚持做到对工程质量进行监督检验，坚持做到不的原材料使用，不的预制构件安装，在现场要掌握工程质量动态， 及时发现和提出旌工中的质量隐患和预防措施要求。6、对材料或半成品构件 (涵管、预制梁、盖板等)，订货前要取得供货厂家的及试验报告，进行采样试验，验证其质量可靠性。7、材料仓库、现场材料堆放处均应设立标示牌，写明品种、产地、规格、检验状态，严格按“三检检制执行，工作程序必须认真执行ISO 9000 标准，使原材料 自始至终处于受控状态， 并

20、做到可追溯 。结语工程材料是保证工程质量的首要条件。在材料质量的实践中，我们深刻地体会到， 要加强工程材料检测工作，从抓起， 明确材料质量管理的程序， 制定材料质量管理细则， 严格招待有关质量检测方面的，严格按试验标准和规程进行检验，确保工程材料的质量。”21、冶炼冶炼是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来，减少所含的杂质或增加某种成分，炼成所需要的金属。钢铁工业的冶炼分为钢冶炼和铁冶炼。下面先讲铁冶炼。现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，个别采用直接还原炼铁法和电炉炼铁法。高炉炼铁是将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能耗低，成本低廉，可大量生产，因为被广

21、泛使用。我们这次参观的西安轨道交通装备公司正是采用的这种炼铁方法。高炉炼铁的原理炼铁过程实质上是将自然形态中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。高炉炼铁是现代钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从高炉生产位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石

22、灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的。高炉的主要组成部分高炉炉壳：炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷、热应力和内部的煤气，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气的突然冲击，因此要有足够的强度。炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起和调节作用。炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。炉腰：高

23、炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的渣会使炉料透气性，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径。炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定。炉缸：高炉燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种重要的影响。炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及的静，而且受

24、到 14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣固温度，并且表面生成渣皮，才能其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底用冷风或冷水进行冷却。炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的 1018 倍（吨）。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成

25、的。炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。高炉为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的，称为高炉。高炉冷却装置高炉炉衬内部温度高达 1400，一般耐火砖都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮。高炉灰也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、

26、炉顶有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有 10100kg的高炉灰。高炉除尘器用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔等。粗粒灰尘，可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。高炉鼓风机高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化

27、程炉容 2.12.5m3min 的风量配备。度有关、一般按高炉炼铁生产是钢铁工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。高炉生产是连续进行的。一代高炉能连续生产几年到十几年。高炉冶炼的目的是将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要为。下面讲一下炼钢。炼钢的主要任务通过冶炼降低生铁中的碳、去除有害杂质、按钢的性能要求加入一定量的合金元素、使其成为具有高强度、高韧性和特殊性能要

28、求的钢。炼钢的原料炼钢的原料主要是，另外还有废钢和铁合金等。一、一般占转炉装入量的 70100的物理热与化学热是氧气顶吹转炉炼钢的基本热源。因此，对入炉温度和化学成分必须有一定要求。一、1、（1）、的温度温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，物理热约占转炉热收入的 50 。我国规定， 入炉温度应大于1250，以利于转炉的热行，成渣迅速，减少喷溅。一、1、（2）、的化学成分氧气顶吹转炉能够将各种成分的冶炼，但中各元素的含量适当和稳定，才能保证转炉的正常冶炼和获得良好的技术指标，因此力求提供成分适当并稳定的。一、2、除渣带来的高炉渣中 SiO2 含量较高，若随进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大

29、，喷溅加剧，损坏炉衬，降低金属收得率，损失热量等。为此在入转炉之前应扒渣。带渣量要求低于 0.50。一、3、预处理预处理是指在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进行的处理过程。例如对的炉外脱 S、脱 P 和脱Si，即技术就属于预处理的一种进行可以炼钢主原料的状况，实现少渣或无渣操作，简化炼钢操作工艺，以有效地生产低的优质钢。二、 废钢废钢是氧气顶吹转炉炼钢的主原料之一，是冷却效果稳定的冷却剂。通常占装入量的 30以下。适当地增加废钢比，可以降低转炉钢消耗和成本。炼钢的工艺流程综上所述，炼钢的主要原料是含炭较高的以及废钢铁。为了去除中的杂质，还需要水中加入氧化剂、脱氧剂和造渣材料，以及铁合金

30、等材料，以调整钢的成分。含炭较高的铁生铁加入炼钢炉以后，经过供氧吹炼、加矿石、等工序，将中的杂质氧化除去，最后加入合金，进行合金化，便得到钢水。炼钢的主要流程如下：一、融化过程。及废钢中含有 C、Mn、Si、P、S 等杂质,在低温融化过程中，C、Si、P、S 被氧化，即使单质态的杂质变为化合态的杂质，以利于后期进一步去除杂质。氧来源于炉料中的铁锈、氧化铁皮、加入的铁矿石以及空气中的氧和吹氧。各种杂质的氧化过程是在炉渣与钢液的界面之间进行的。二、氧化过程。氧化过程是在高进行的、去磷、去气、去杂质反应。氧、脱硫与出钢。氧化末期，钢中过剩的氧，通过液中加入块状或粉状铁合金或多元素合金来去除钢液中过剩

31、的氧，产生的有害气体 CO 随炉气排出，产生的炉渣可进一步脱硫，即在最后的出钢过程中，渣、钢强烈混合冲洗，增加脱硫反应。四、炉外精炼。从炼钢炉中冶炼出来的钢水含有少量的气体及杂质，一般是将钢水注入精炼包中，进行吹氩、脱气、钢包精炼等工序，得到较纯净的钢质。五、浇铸。从炼钢炉或精炼炉中出来的纯净的钢水，当其温度合适、化学成分调整合适以后，即可出钢。钢水经过钢水包锭模或连续铸钢机内，即得到钢锭或连铸坯。造型水铸造工艺为了解水铸造工艺的含义，我们首先在网上查阅了关于砂型铸造模具的知识。“铸造工艺装备是造型、制芯及合箱过程中所使用的模具和装置总称。包括模样、模底板、模板框、砂箱、砂箱托板、压铁、套箱、

32、芯盒、烘干板(器)、砂芯修整磨具、组芯及下芯夹具、挤压机下芯框、量具及检具等等。通常所称铸造模具仅指型板(含模样、模底板)和芯盒,是铸造工艺装备中的部分。砂型铸造模具与其它模具(如冲模、锻模、注塑模、压铸模等)的根本区别在于:前者是名符其实的”模”,利用这些模具和其它工艺装备制成”砂型”,再将液态金属充填到砂型中,冷却后即得到所需(铸件);而后者实际是”型”,将固态(如冲模、锻模)或液态(如压铸模模)材料直接充填其中就能得到所需。因此从一定意义上说,铸造模具较之其它模具更为复杂。砂型铸造模具与其它模具的另外差别还有工作温度不高,一般不超过300;工作不高,即使是高压造型,其比压也超过 1.SM

33、aP,因此模具材料选用范围较大,模具也较长,模具费用占总成本比例也较低。工厂将铸造模具称之为”铸造之母”,此话可谓是对铸造模具在铸造生产中作用和地位的一个高度概括。称之为“母”,其一是因为在工厂里,所有铸件都是用铸模制成砂型然后得到的,无铸模即无铸件;其二是铸件总是带有铸模的”遗传性”:铸件的精度、表面粗糙度乃至某些铸造缺陷无一不与铸模质量有直接关系。3”其次，我们在网上查阅了关于水砂实型铸造工艺的研究实型铸造工艺是一项新兴的具有广阔应用前景的、精度较高的铸造新工艺。而水是一种无机铸型粘结剂,无色、无臭、无毒,价格低廉,铸造过程中无烟气、无刺激性或有害物质产生,不产生树脂砂和湿型砂浇注时的二恶

34、英、呋喃,无黑色污染,是一种无公害的、清洁的铸型粘结剂,是目前广泛应用的、比较符合环境保护要求的主要铸型粘结剂之一。酯硬化水砂,水加入量少,粘结强度高,其退让性和溃散性好。与普通水砂相比,酯硬化水砂具有独特的优势,故酯硬化水砂又称为第三砂型相结合,可充分发挥二者砂。将实型铸造工艺和水的优势。酯硬化水砂实型铸造工艺采用聚苯乙烯作为气化模样,采用水砂(石英砂)造型,浇注后可获得表面光洁,精确,无飞边毛刺的铸件,在生产单件小批量铸件方面具有显著的优越性。为生产优质铸件开辟了一条新的工艺途径。1原材料1.1采用石英砂。对石英砂的要求与 VRH 法相似,要求其杂质含量少,含泥量 0.3%,含水量 0.5

35、%,砂粒表面光洁干净,砂形呈圆形或近似圆形。因此人造整形砂、天然砂中的擦洗砂、擦磨砂较好。本研究选用 100%的大林擦洗石英砂,粒度选 40/70 目。1.2水,改性水选普通水更佳。根据型砂硬化速度和可使用时间的要求,水模数可选 2.22.8,度(°Be)47。图 5 水型子1.3有机酯有机酯是一种无毒、粘度小,能与水均匀混合的水硬化剂。目前用于铸造生产的有机酯有:甘油醋酸酯、甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇二醋酸酯、二醋酸酯等。目前市售的铸造用有机酯大都是由上述有机酯按不同比例混合而成,以满足对型砂硬化速度和可使用时间的要求。上海试剂一厂生产的SS 系列有机酯水硬化剂,它包括快、

36、中、慢速 3 个品种。3 种酯可以任何比例混合,从而得到不同的硬化速度。2铸件水砂实型铸造工艺试验砂实型铸造生产铸件的工艺流程见图 54。水图 6 水砂实型铸造生产铸件的工艺流程在搜索资料的时候我们找到了中国北车齐齐哈尔铁路车辆()公司关于摇枕侧架造型工艺的报告，其中介绍了一些其它的造型方法，作为知识拓展在这里。vR 十coZ 工艺vRH 一C02 工艺(vaeuumReplacingHardening 一C02Proc。55)的中文名称是真空转换硬化工艺。这种工艺是铸造发明的,1982 年完成试验室工作,1984 年投入应用,是一种水砂硬化新方法。这种工艺的原理是:先将铸型抽成真空,使型砂部

37、分脱水,然后在较高的真空度下导入 C02,同时实现的脱水硬化和C02 硬化。其工艺过程是:将置成的砂型放在真空室内,启动真空泵,当真空室内的真空度达到规定值后,将 C02 气体导入真空室中,使真空室内的气体压强达到另一规定值,保持 405 左右,使C02 气体在砂型中弥散,然后导入大气中的空气,使真空室内恢复常压。这种工艺的实质仍然是水砂 0C2 工艺,由于采用了真空技术,其水的加入量可以减少至 2.53.%5,C02 的耗量也可大幅度减少,从而在一定程度上提高了浇注后铸型的溃散性,但仍没有从根本上解决问题。V 法工艺V 法工艺发展历程简述VV(acuum)法工艺 V(acuumPorcess

38、)的中文名称是真空密封造型法(也称负压造型法或减压造型法)。国外取英文真空(Vacuuln)的字头,简称 V 法。V 法造型工艺是由长野县工业实验所和株式会社 20 世纪 60 年代末,70 年代初发明并研制的一种特种铸造方法,70 年代初 V 法造型工艺传入欧洲、美国、俄罗斯、德国和法国等。我国自 20 世纪 80 年始引进此项技术和设备,同时国内的上海、北京、沈阳和合肥等地铸造界的科技对V 法造型工艺的设备与工装开始研制,使V 法造型在国内多家工厂得到应用。V 法工艺流程模板上敷膜一模板抽真喷涂料一涂料烘干一放冷铁冒口等一放砂箱一填振实一砂箱背面敷膜一砂箱抽真空一撤掉模板真起模一翻箱一下芯

39、一一合箱一浇注、冷却一一去真落砂再生。从造型开始,到浇注后的一段时间内(工艺设定),砂箱均处于真空状态。V 法工艺原理及工艺流程描述第一步,面膜加热准备模板上第二步,面模模板上,同时模板抽真空,使面膜紧紧地贴在模板上第三步,砂箱放在模板上,加入干砂,并微震紧实,然后膜第四步,砂箱抽真空,模板去真空,然后起模,完成半箱造型。第五步,上下半型完成,且下半型中的下芯工作完成后合箱,完成了造型的全过程,铸型接着将被送入浇注工部进行浇注。V 法工艺与传统的工艺的主要区别(1)型砂材料只有一种,就是硅砂,不需要粘结剂及剂;(2)在造型和浇注后的一段时间里,铸型始终处于真空状态下;(3)只能用于造型,不能用

40、于制芯。V 法工艺的主要优点铸件内在质量及表面质量好：铸件精度高、轮廓清晰、表面光洁、机械性能高;负压浇注,铸件组织致密,射线控伤评定等级高;金属性好,可降低钢水的浇注温度,从而一方面减少钢液中氢、氧、氮的含量,减少气孔、缩孔缺陷；铸型中没有硫,降低了铸钢件的热裂倾向,解决了化学粘结剂铸造中最大的问题;铸量小,金属利用率高。件铸件生产成本低：砂再简单,只需要筛砂设备、冷却设备及砂设备;模型磨损非常小；铸件不需要落砂,减少能耗,减少对铸件的损伤;型砂中不用粘结剂,从而节约原材料,减少废品;有利于环境保护：噪声低、小和污染小。V 法工艺的不足:1)只能用于造型,不能用于制芯,无法使采用同一种工艺;

41、2)有时膜会损坏,影响真空度的形成;3)铸件表面有增碳现象;4)膜表面涂料不易沾附,易出现渣气孔缺陷;5)浇注时砂箱背部膜容易被烫漏气,影响真空度的保持。V 法工艺在国内外的工程机械配件、耐磨衬板件、汽车配件、浴盆、阀类件、铁路道岔和钢琴弦排等行业均得到了广泛应用。目前,这种工艺已经被应用于摇枕与侧架的铸造。据了解,国外采用 V 法工艺生产摇枕与侧架的有俄罗斯两家企业,一家企业,斯坦两家企业。这几家企业的 v 法生产线分别是 2004年或 2005 年从德国WHS 公司引进的。2005 年,国内天瑞公司也从德国 WHS 公司引进了一条摇枕与侧架造型线,其生产能力为20 整型/小时。综合所见所闻

42、及所搜集的资料可以看出，造型过程虽然方法材料更改铸件构造”5。多样，但是造型均可概括为“以第铸件(cleaning of casting) ，将铸件从铸型中取出，清除掉本体以外的多余部分，并打磨精整铸件内外表面的过程。百科接下来我们从我们到的工艺介绍铸件过程。切割冒口在铸钢生产中铸钢的液态收缩较大。铸件设置冒口的主要作用在于凝固期间液态金属对铸件“补缩”。普通冒口采用与铸型相同的造型材料,由于二者的传热性能是相同的,所以液态金属在冒口中维持时间较短,补缩效率很低。.其缩孔体积仅占整个冒口体积的 14%左右,其中 10%左右用于补缩铸件。因而冒口的绝大部分金属被消耗掉,铸件工艺率一般只有 506

43、5%,铸件内部一也往往由于补缩能力差而出现缩孔、缩松等缺陷。提高冒口的补缩效率就是设法减少冒口的热损失,使冒口钢液维持一定时间的液体状态,以补充铸件热节处凝固收缩之需要。采用型材料制成的保温冒口,实质就是冒口的热损失,延缓冒口金属凝固时间,强化冒口补缩效率,使冒口消耗的金属减少到可能小的程度,提高冒口下部金属致密度,实现节省能源提高铸件工艺率之目的。图 7 冒口普遍采用,已达到专业化,商保温冒口在国外一些工业化品化程度。我国铸造工作者对提高冒口效率的研究也有数十年的历史,冒口的补缩机理进行了揭示,并在技术上出现了发热冒口和保温冒口。特别是近几年来,不少企业和研究部门都在寻求效果显著的保温材料,

44、并且收到了节约能源和提和研制技术效益的显著效果,但由于专业化程度低,大多为铸造厂高企业自用,因此限于技术、材料、生产诸问题,保温冒口的应用还不够普遍。6下面将介绍一些冒口切割的方法1.机械切割法对于铝、铜合金铸件浇冒口常用锯割法清除,常用的切割机械有弓锯、带锯和圆盘锯。此种方法劳动强度大,生产效率低。有些厂家对砂轮切割机进行!2,3,用来切割有色金属铸件,其工作效率可提高 78 倍,减轻劳动强度。近年来,出现使用高强度砂轮片来切割黑色金属浇冒口,这是由于砂轮片强度高,甚至可在高速旋转时对浇冒口进行砍切。但用此种方法切割冒口尺寸受到限制，冒口直径一般不超过切割工具直径的三分之一，亦可用片铣刀切割

45、。前墨力拓波利斯克汽车有色金属铸件厂制成了一台装有水平锯条的带锯机，用于水平切割铸件浇冒口，带锯机由带锯和工件切割工作台组成，两滚轮之间的就可调节，带锯从动轮有张紧锯片装置。工件切割工作台装有工件夹紧装置，工作时，安装有工件的工作台不断地转动，铸件就不断被送入切割区切割冒口。使用这种带锯机切割浇冒口，可以缩小切割残留高度到23mm，显著缩短浇冒口切除时间。2 等离子切割法该法的特点是能量高度集中，温度快，可以切割各种高熔点的非金属，且切割速度很快，热影响，切口较窄，变形小，切割边质量较好，切割厚度大，成本低。但它要求铸件表面要较为干净，不能有粘砂。3 氧炔焰切割和电弧切割对于铸钢件和球墨铸铁件

46、,可用氧炔焰切割浇冒口,切割速度快而且方便,但切割球墨铸铁件时的切割性能不如低碳钢那样好。为了提高大截面浇冒口切割速度,可以采用加氧切割法。其操作过程是,先用氧炔焰将浇冒口切割处预热到高温,然后在该处用吹氧管吹氧,使金属氧化燃烧,将浇冒口切割下来,比单用一个方法可提高效率几倍甚至几十倍,但耗费氧气较切割枪的多。近几年国内市场上市了一种氧熔棒,只要接通氧气,在氧气的助燃下,就可以产生 3600(的高温,能用于浇冒口的切割。前起重机械制造了一种铸钢件浇冒口自动切割机,可代替手工氧炔焰切割 3001400mm 厚的铸钢件浇冒口,切割操作可实现远距离。抚顺挖掘机厂铸钢车间曾设计制造了一台铸钢气割机床,

47、用以代替手工操作,切割轮类铸钢件浇冒口,使用效果较好。对于灰铸铁件的浇冒口不适宜用氧炔焰切割,可采用电弧法切割。该法是将碳精棒(也可用电焊条)和铸件分别与工作电源两极相连,通电产生电弧,形成局部高温而将金属熔化切割掉。电弧切割速度要比氧炔切割法慢得多,且割口质量也不好。若在电弧切割以压缩空气,将熔化的金属吹掉,可提高切割效率和切口质量。将此法称为电弧吹气切割。采用氧炔焰切割和电弧切割时,会增加切割表面的硬度和脆性,且会产生飞溅,要注意防止烧伤工件表面。4.导电切割导电切割是一种电方法 。切割时,将低压直流电源的阳极接在待切割工件上,阴极接在转动的割盘上,在两极间通以电解液,在电解作用、电蚀作用

48、和机械摩擦三者的共同作用下,完成浇冒口的切割过程。用该切割方法可以切割任何导电材料,切割速度快,工效高,切口平整光滑,热影响,有利于后序,切割成本和劳动强度低,无粉尘,但切割工具损耗大。3.2 抛丸打砂抛丸是利用高速旋转的叶轮把小钢丸或者丸抛掷出去高速撞击零件表面，故可以除去零件表面的氧化层。同时钢丸或铁丸高速撞击零件表面，造成零件表面的晶格扭曲变形，使表面硬度增高，是对零件表面进行的法，抛丸常用来铸件表面的或者对零件表面进行强化处理。一般抛丸用于规则形状等，几个抛头上下左右一起，效率高，污染小。造船业，抛丸、喷砂是普遍使用的。但是无论是抛丸还是喷砂，都是使用压缩空气的形式。当然并不是抛丸就非

49、用高速旋转的叶轮不可。在修、造船业一般来说，抛丸（小钢丸）多用在钢板预处理（涂装前除锈）；喷砂（修、造船业用的是矿砂）多用在成型的船舶或者分段，作用是把钢板上的旧油漆和锈除掉，重新涂装。在修、造船业，抛丸、喷砂的主要作用是增加钢板涂装油漆的附着力。图 8 待处理毛坯其实铸造件不只是用抛丸，对于大件一般先进行滚筒清砂，就是把铸造件的冒口切除后放在滚筒内滚，由零件在滚筒内互相碰撞，把表面的砂大部分先清掉再进行抛丸或喷丸的。抛丸丸子大小是 1.5mm。研究表明，就破坏而言，金属材料表面存在拉应力时比压应力要容易的多，表面呈压应力时，材料的疲劳大大提高，因此，对于轴类等容易疲劳断裂的部件通常采用喷丸形

50、成表面压应力，提高，此外，金属金属材料对拉伸很敏感，这就是材料的拉伸强度比压缩强度低的多的，这也是金属材料一般用拉伸强度（屈服，抗拉）表示材料性能的。我们日常乘坐的汽车的钢板的工作面就是用喷丸来强化的，可以显著的提高材料的抗疲劳强度。喷沙用于形状复杂，易于用手工除锈，效率不高，现场环境不好，除锈不均匀。一般的喷砂机都有各种规格的喷砂枪，只要不是特别小的箱体，都可以把枪放进去打干净。容器的配套产品封头采用喷砂方式清除工件表面的氧化皮，石英砂的直径为1.5mm3.5mm.有一种就是利用水作载体，带动砂来零件的，就是一种喷砂。 喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到被需处理工件表

51、面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。喷砂工艺与其它工艺相比有以下特点：一、喷砂处理是最彻底、最通用、最迅速、效率最高的方法。二、喷砂处理可以在不同粗糙度之间任意选择，而其它工艺是没办法实现这一点的。手工打磨可以打出毛面但速度太慢，化学溶剂则表面过于光滑不利于涂层粘接。喷砂作为一种常规的磨料射流技术经过不断的发展、提高和完善，以其独特的的、应用范围，使其在的表面处理行业中越来越受到青睐

52、，已广泛地应用于机械制造、仪器仪表、医疗器械、电子电器、纺织机械、印染机械、化工机械、食品机械、工具、刃具、量具、模具、陶瓷、工艺品、机械修理等等众多领域。热处理简述金属热处理是将件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或工件的使用性能。其特点是工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是 19011925年，在工业生产中应用转筒