高锰钢铸件生产的探讨

1、高锰钢铸件消费的讨论中福铸造资料青岛市场总监诸葛胜incentzhugesino-fcc讨论高锰钢铸造的意义我们曾经知道： 高锰钢铸件的价钱曾经全球化了有些还很低 设计铸件断面趋向越来越厚大有时甚至没有砂芯 铸件的质量不太容易评定呵斥有时铸件销售仅仅取决于价钱 对产品的设计制造很难预测！本报告希望能协助我们了解合金的特性，大约要求及其一些消费方法。 希望经过对这种资料的很好了解，经过提高我们正确、快速断定问题的才干，满足铸件的要求和用户的需求，以此来满足工业的要求。本报告包含高锰钢铸件消费的以下方面内容： 第一部分 高锰钢材质 第二部分 凝固特性 第三部分 晶粒大小的

2、影响 第四部分 补缩间隔的想象 第五部分 冒口缩颈的想象 第六部分 冒口的计算 第七部分 浇注系统的计算 第八部分 铸件缺陷的分析高锰钢铸件的消费第一部分 高锰钢资料本身特性 (Mn13)前往目录高锰钢 材质奥氏体高锰是是由Robert Hadfield 先生由1882发明的，它详细特独的性能： 高强度/韧性 高延伸率 没有磁性 出色的耐磨性能 运用过程中硬化冷作硬化Hadfields钢的典型成分范围:1.05 1.35 % 碳11.0 14.0 % 锰1.0 % 最大. 硅0.07 % 最大.磷前往目录碳和锰的关系的重要性在于它影响资料的韧性。从Oliver and Boyd 先生的研讨可以

3、看出。此钢对运用过程中发生的三种类型的磨损有极佳的抗磨性能。这种性能使得锰钢广泛用于矿山、采石、土建行业铸件资料。锰钢不仅可以对其碳和锰程度进展调整，还可以对其合金成分进展控制，像：铬Cr;钨和镍等。在铸态，这种合金很脆，因此锰钢铸件需求热处置来提高其强度性能，使合金的独特的性能充分发扬。 高锰钢 材质磨损特性：通常以为存在的几种磨损方式，可分为：磨粒磨损 从外部进入摩擦面间的游离硬质颗粒或摩擦外表上的硬质凸峰，在摩擦过程中引起资料零落的磨损景象。高锰钢同时具有高的强度和韧性，并且其具有加工硬化功能，磨损后构成新的巩固的外表。因此在这种磨损条件下，高锰钢是种很好的资料。粘着磨损 - 摩擦外表的

4、不平度凸峰在相互作用的各点产生结点后再相对滑移时，资料从运动副的一个外表转移到另一个外表，便构成了粘着磨损。接触疲劳磨损 - 受变应力的两外表，相互摩擦，在其外表上构成疲劳点蚀，使小块金属剥落，这种景象称为疲劳磨损。典型的磨损条件发生在矿山工业中的齿板-轧臼壁-弧形衬板和衬板，高锰钢在此工况非常适宜。腐蚀磨损 - 在摩擦过程中，摩擦外表与周围介质发生化学反响或电化学反响的磨损称为腐蚀磨损，腐蚀可在没有摩擦的条件下构成，而相对运动消除了化学反响的生成物，接着外表又遭到腐蚀，如此不断反复。对这种磨损高锰钢并不是最正确的资料。 磨损的特征：奥氏体高锰非常合顺运用于磨料磨损和接触磨损共存的场所。在这些

5、例子中铸件外表受冲击，在运用中出现加工硬化。例如矿山、水泥和工程机械类铸件 金属和金属间的磨损 像链和链轮，履带板和小齿轮之间。 干磨擦 齿板, 轧臼壁，锤头，破碎壁和衬板然而当矿石破碎成的外形和其硬度是多样的。因此加工硬化的程度也是不同的。因此除非最终用户以此结果来衡量质量，否那么一些铸件在采购时就变成价钱更重要。在低压力磨损的场所，撞击很小甚至没有，因此铸件外表加工硬化过程没有，所以说其它材质的钢材在这种场所能够更适宜。高锰钢的规范下面列出了一些国际锰钢的规范澳大利亚AS 2074B - HIA 和 H1B法国NF A32 - 058 Z 120M 12 - M德国SEW 395 - G-

6、X120 Mn 13英国BS3100 - BW10印度IS 276 - 1,2,3,4,5 和 6意大利UNI 3160 - XG 120 Mn 12日本JIS G 5131 SCMnH1,H2,H3,H11 和 H21挪威NS 1699 - Sst Mn 12南非SABS 407 - 1,2,3,4 和 5.西班牙UNE 36-253 - AM-X120Mn12 & MnCr12-2瑞典SS 14 21 83 - 21 83 02美国Astm A128-A, B-1,B-2,B-3,B4,C,D,E-1,E-2 和 F.首选成分对于强度、硬度、韧性和抗疲劳的最正确组合，建议：(源自 CTI

7、Material Facts sheet section K 1992)稳定的奥氏体高锰钢组织中锰的含量必需在10%以上才干获得较高的韧性和延伸率。因此碳和锰的比例必需维持在1：10以上。碳范围 1.10 1.20%目的 1.15硅范围 1.00目的 0.90锰范围 11.0013.00目的 12.00硫和磷目的 0.05合金元素的影响碳 通常含量为1.10 至 1.20 %, 但也可高达 1.40。 虽碳含量的添加使得材质更脆，但仍具有很好的耐磨性能。 钢含碳量稍低，能有效提高抗冲击才干。锰 该元素能稳定奥氏体，其含量必需在10%以上以获得所需求的强度和韧性。因此锰碳比至少为10：1，然而通

8、常锰含量适当提高，以此降低在热处置过程中由于碳化物析出而构成的脆性。合金元素的影响硫 高锰钢中硫的含量要求并不太严厉，这是由于在高锰钢中硫和锰结合成硫化锰，大部分随炉渣而去除。残留硫多以球状硫化锰方式存在，对钢性能影响不大。锰钢焊补比较容易，但焊补会导致作业周期延伸、带来组织构造问题裂纹，尤其是含磷性高的情况下。合金元素的影响铬 通常薄壁件 3.0%，当含量高时，客观存在将构成碳化物分布在晶界上而添加脆性， 铬的参与量有助于提高奥氏体的稳定性。镍 参与量较低，普通低于4%,能很好稳定奥氏体，能抑制热处置过程中晶界碳化物的构成，提高高锰钢的脆化温度，便其对切割、焊补以及任务温度敏感性降低。但该元

9、素本钱较高。 磷 是有害元素，必需将含量控制在0.035 %以下, 否那么易偏析在晶界构成磷共晶，使其脆性增大，在打磨、焊补和热处置过程中极易构成裂纹。钼 普通含量要求 100mm 高锰钢铸件的补缩对于一切的这些铸件，我们必需确定：铸造厂中冒口的补缩量补缩效率 - 可以称量补缩后的冒口，通常这个值的范围在30%55%之间。坚持浇注温度在1400左右，否那么收缩率将增大铸件外表质量会降低。将两部分的收缩率调整为6%，计算出补缩系统，然后试做2件。人为扩展冒口颈高锰钢需求向着冒口的温度梯度。直接从冒口中浇注最为理想。高锰钢流动性很好。过滤片价并不高。过滤片离铸件外表很近，敲断后铸件表成平整。有效地

10、提高了冒口温度提高了铸件的纯真度省去了浇注系统，提高出品率高锰钢轧臼壁和破碎壁这一类铸件有大口朝上或小口朝上铸造，这取决于坚持干净任务面，然而从补缩和浇注来看，大端朝上都具有优点。传统的高锰钢破碎壁铸造大端朝下浇注会增大构成孤立热节的危险。 断面模数会由于冒口而增大。5055% PROYER400的冒口颈比较适宜，但浇注系统有构成二次缩孔的能够。由于浇注系统的影响，晶粒的大小变坏。粗大晶粒细晶粒和气孔首选的高锰钢工艺设计将铸件翻转，大口朝上，坚持浇道放在底部。将PROYER 400 AND冒口放在厚大截面处。保证冒口的体积为铸件体积的4050%。冒口颈为PROYER 400冒口的50%或更大。

11、平稳充型以获得理想的晶粒并且没有卷气。较粗的晶粒较细的晶粒高锰钢破碎壁的补缩运用与锤头同样的方法确定铸件所需的体积 只是此时需求思索冒口区以外区域的1.82.0%的液态补缩量。思索极限的补缩间隔来设置顶冒口或内部边冒口，使整个铸件的热分布均匀一致。浇注系统远离冒口区 所以浇注系统没有热影响。运用较多的AMTIPER发热覆盖剂，确保冒口坚持顶部不凝固。在远离冒口处设置多道内浇口，以减小热量的聚集。 - 这同时也防止在顶部薄壁处产生“紊流影响。浇注时厚大断面包括冒口远离浇口以获得最细的晶粒。例如：破碎壁分量 3860 Kg首先运用规范的有效补缩间隔，计算冒口区的分量 由此得到30%的铸件需求10%

12、的补缩量。这意味着70%的铸件需求大约2%的补缩量。笼统地将收缩率调整为6%以方便计算。高锰钢破碎壁补缩10% 收缩区2% 收缩区高锰钢破碎壁的补缩 每个冒口必需补缩 = 0.30(3860/4)*(0.10/0.06)= 483Kg 加上 = 0.70(3860/4)*(0.02/0.06)= 225Kg冒口补缩效率= 3545% (以浇完的冒口估算冒口分量 = 铸件断面分量 (Kg) ( 冒口的补缩量% / 收缩率 6%) 1= 708 (0.40/0.06)-1= 125 Kg or 直径25 cm * 38 cm 高的PROYER400RND/AND冒口708 Kg大端朝上.采用“大端

13、朝下外部冒口，补缩区域有限 用6-8只冒口。将冒口移到破碎壁内部，冒口数量减少到4只。没有浇道的影响。 对冒口和冒口颈周围的二次缩松没有变化。在厚大断面上，冒口颈应为PROYER 400的5055%。补缩结果阐明冒口的数量可以减少。冒口高度降低。内浇口不能对冒口的温度梯度有影响。冒口对厚大断面进展补缩有助于改善凝固顺序。型腔内金属液温度相对比较均匀。可以用新型的冒口颈。破碎壁的补缩补缩系统的设计应根据客户的需求。在相当多的铸造厂，我们获得了大口朝上铸造的胜利的阅历。运用小的或是随形的砂箱可从降低砂铁比来进一步获益。减少冒口的数量，获得了较高的工艺出品率。减少铸件缺陷高锰钢齿板的补缩下例的齿板重

14、2140KG，运用2只PROYER 400RND 冒口得到相当高的工艺出品率.本例中，假设该铸造厂高锰钢的收缩率达35%，也就是需求从冒口中得到35%的补缩量，在一些情况下高达55%，但这和铸造厂的消费过程有一定的影响。将收缩率调整为单一的6%，使得我们能在冒口设计时仅用单一的设计计算，而不需求分区计算。高锰钢齿板的补缩首先运用通常的有效补缩间隔，计算出对冒口区进展补缩所需求的冒口体积。 这样，这齿板大约有20%有区域具有10%的体收缩，而80%的区域具有2%的体收缩。 笼统地将体收缩率调整为6%，这样计算就比较方便：高锰钢齿板的补缩例：2140Kg的齿板用2只冒口补缩. 每只冒口必需补缩 =

15、 0.2(2140/2)*(0.10/0.06)= 356Kg 加上 = 0.8(2140/2)*(0.02/0.06)= 285Kg那么 冒口分量= 铸件断面分量 (Kg) (冒口补缩效率% / 收缩率10.5%) 1= 641 (0.35/0.06)-1= 132 Kg 或 一只300 mm 冒口套641 Kg高锰钢齿板的补缩这2 只冒口的例子.在远离浇口处放2只RND缩颈顶冒口。筋板凹处放补补助平，保证整个冒口颈是翻开的。铸件倾斜1012度浇注。浇注温度1405。 得到90%工艺出品率，非常方便敲掉冒口。对于用单个冒口消费的齿板或多个冒口消费的齿板均运用同样的方法。这样冒口的数量取决于质

16、量要求，而并非取决于本钱。这样370Kg的齿板可以很容易地运用2只PROYER 400冒口进展补缩。冒口影响区的不同会构成10%的收缩区和25的收缩区比例发生变化，但通常可获得88%左右的出品率。高锰钢齿板的补缩前往目录高锰钢铸件的消费第七部分 浇注系统前往目录根本点所知:底注包在浇注过程中，流量和流速是变化的。下面以一个平均内径为900mm，高度为1.5m，运用60水口的7吨的底注包为例：当钢包满时每秒流量为84Kg 当10%满时流量为24 Kg/sec。当钢包满时水口每秒流速为540cm/sec，而当和流量变化差不多时，流速变为 170cm/sec 。前往目录7吨底注包以下图展现的是7吨底

17、注包从满到浇完好个过程中流量的变化。传统的浇注系统设计浇注需求“快 平稳和干净故浇注时间需求控制。流量也要受控。薄壁处金属液的上升速度需求思索以不呵斥放射和有利于排除型腔气体。内浇口的速度要控制，以防止冲刷和引起紊流。控制金属液“上升速度控制金属液的上升速度非常重要，尤其是当铸件垂直断面由厚变薄时。液态金属的速度，或者说上升速度随铸件断面减小而增大。 对于圆锥来说，通常还是体积减小，而这将呵斥金属液经过气孔喷出。 出自金属液放射的影响 (page 31 Directional Solidification of steel casting 1966). 回到根本点已了解:浇注时间比较难以预测和

18、控制 可是我们可以将一个很好的工艺简单反复。Scholers 阅历 就是一个例子:时间 = (常数)S (平均断面厚度铸件分量 Wt.)0.33这里关键是“S，Scholer提出这和铸件的外形或分量有关。 全用这很难估算出所需的浇注时间，但这可用所消费出的优质铸件来反向推算。热节问题高锰钢的缩松和晶粒尺寸与热节或者说是热影响区有关。因此内浇口位置非常重要，这将有能够改动晶粒大小，也能够促进构成孤立热节并构成二次缩松或外表缩松。故 任何时候我们都必需使厚大断面处的热节最小化。高锰钢轧臼壁和破碎壁这一类铸件有大口朝上或小口朝上铸造，这取决于坚持干净任务面。3.8吨净重 5.5吨毛重的破碎壁原先的铸

19、造条件铸件分量=3860Kg浇注分量=5500Kg工艺出品率=75%冒口尺寸=PROYER 400 300dia*500h冒口数量=8直浇道直径=100 mm浇注系统比例, 直浇道:横浇道:内浇道= 1: 2: 2浇注时间=65 68 秒 (80Kg/秒)下端部位的上升速度=10 mm / 秒中间部位的上升速度=12 13 mm / 秒上部的上升速度=35 37 mm / 秒估计内浇口流速=平均 72cm/秒常规的消费方法(但正确的大口向上)流场模拟的粒子跟踪所显示的情况，被落砂后的铸件上得到了证明 想像一下，假设小口朝上的情况问题“是不是一切的轧臼壁和破碎壁都要大口朝上？由于:液面的上升速度

20、正好相反磨损面处是冷的金属液气体容易排出冒口压头更好 因此冒口可低些外型方式对轧臼壁和破碎壁都一样但对轧臼壁来说任务面朝上而非朝下针对高锰钢的认识，我们可以减少冒口的尺寸和数量。运用过滤片进展铸造铸件分量=3860Kg浇注分量=4620Kg工艺出品率=91%冒口尺寸=PROYER 400 直径300mm，高度 350mm冒口数量=4直浇道尺寸=70 mm浇注系统比例 = 1 : 16(过滤片) : 4.5 (横浇道) : 5.8 (内浇口)浇注时间=110120 秒(42Kg/秒)铸件下部的上升速度=1518 mm / sec铸件中间的上升速度=78 mm / sec铸件上部的上升速度=6 m

21、m / sec 估算的内浇口速度=平均 2425cm/sec.过滤片内的金属液流速=平均 8.08.5cm/sec为充分发扬作用，过滤片应放在接近内浇口，尽能够远离直浇道。假设浇道比例设计恰当，金属液经过过波片的流动速度将小于100mm/sec。必需将过滤片快速充溢金属液，使得经过过滤片的液流速度均匀一致。运用过滤片进展铸造运用过滤片的设计模拟分析对轧臼壁和破碎壁进展凝固模拟，从模拟可以看到采用过滤后内浇口的流速从 200 降至 50 cm/秒。运用过滤的效果这是1.9吨的破碎壁，浇注分量2.2吨。此设计运用2片125125的过滤片。结果可看到铸件外表质量提高，夹杂物少。高锰钢的铸造方法第八部

22、分 一些铸造缺陷及总结前往目录高锰钢的浇注和补缩产品的设计可根据最终用户的要求而变。对于锤头、齿板等件有多种冒口设计方法，但万变不离其中都是基于 Vr:Vc的比率。浇注系统的设计要求快速充型，但同时也平稳。Neilson浇注系统的比例对于轧臼壁和破碎壁大端朝上浇注时是首选。冒口中放过滤片直接浇注，在适宜的情况下应是首选。前往目录高锰钢的浇注和补缩不论冒口数量的多少，轧臼壁和破碎壁均大口朝上浇注。这将有助于防止“憋气并且砂铁比较低。铸件问题 齿板铸造厂有时对齿板和锤头运用边冒口。这有助于防止因冒口而使铸件冒口区的模数增大 但这真正的问题是在于降低了冒口颈的过热而导致冒口颈过早地凝固。 引起冒口颈

23、处二次缩孔铸件问题 齿板另一个问题是关于渣的问题 铸件没有顶冒口，渣没有地方可去。结果呵斥铸件开箱后外表有可明显的夹渣。独一的优点是这冒口比较热 假设用顶冒口，能够会由于温度的损失而降低补缩效率。铸件缺陷必需留意浇道的位置，有时会直接呵斥冒口下铸件的过热。这种过热能够会在铸件外表构成外表或轴线缩松。获得光洁的铸件外表，需求用碱性涂料。当运用“V法外型时铸件外表质量极佳。气缩孔 就像球铁偶尔会在冒口断面发现孔洞。这种孔洞因内外表光滑而看起来像气孔。然，这能够是气缩孔，这是由于冒口颈过热而起了类似于“Williams砂芯而呵斥。处理方法： 扩展冒口颈尺寸增大整个冒口颈的过热保证冒口顶部维持开放将浇口离近此冒口。坚持冒口“翻开作为通常情况 假设冒口中没有缩孔，那么铸件中必然有缩孔。一切高锰钢都是液量控制的，因此有更