1. 介绍
碳钢 投资铸造 将古老的艺术与现代工程融合在一起以产生复杂, 高强度钢组件.
通过使用失去的蜡方法（一次性蜡模式成为永久钢零件），该过程实现了公差和表面表面，在传统的沙子铸造中无法想象.
它的根部向后伸展 5 000 美索不达米亚失落的蜡青铜的岁月, 但是只有在20世纪中叶，铸造厂大师的高熔点才 (1 500–1 600 °C) 和狭窄的固化范围.
今天, 诸如 油 & 气体, 发电, 重型机械, 和 汽车 取决于阀体的碳钢投资铸件, 泵叶轮, 涡轮机壳, 和结构支架.
本文探讨了基本面, 合金选择, 量身定制的过程步骤, 材料特性, 环境影响, 碳钢投资铸造的竞争定位.
2. 碳钢投资铸造的基本面
铸造碳钢引入了独特的挑战. 它的高浇注温度需求 耐火壳系统 能够承受上面的温度 1 700 °C.
而且, 碳钢通常显示狭窄的结晶间隔 - 通常比 70 °C - 因此它们迅速收缩并冒着内部孔隙度的风险.
相比 沙子铸造, 投资方法在小特征上提供±0.1 mm的尺寸精度 (与±1.5毫米) 表面降至RA 0.8–3.2 µm (与12-50 µm相比).
然而，锻造仍然会产生较细的谷物流量和较高的疲劳寿命, 当净形几何形状超过机械优化时，将投资投资成为战略选择.
3. 碳钢合金用于投资铸造
选择右边 碳钢 等级决定铸造成功.
碳含量会影响力量, 坚固性, 和收缩, 同时合金元素 (Mn, 和, Cr) 控制坚固性, 韧性, 并戴阻力.
投资铸造可容纳低 - , 中等的-, 和高碳钢, 每个提供独特的性能概况:
- 低碳钢 (< 0.25 %c):
-
- 提供出色的延展性和可焊性.
- 需要最小的热处理以提供拉伸强度 400–550 MPA.
- 在阀体中很好地服务, 法兰, 和通用配件.
- 中碳钢 (0.25–0.60％c):
-
- 平衡力量与韧性, 具有拉伸强度 500–650 MPA.
- 对淬火做出很好的回应 & 脾气, 实现硬度 HRC 35–40.
- 通常铸成泵外壳和结构支架.
- 高碳钢 (> 0.60 %c):
-
- 在上方提供拉伸强度 900 MPA 热处理后.
- 开发碳化物网络，以耐磨损的耐磨性.
- 切割工具的理想, 穿盘子, 和大量的组件.
4. 量身定制的碳钢的投资铸造过程
蜡模式 & 门控设计
工程师设计的门控系统，以受控速率喂养钢, 最小化热冲击.
蜡模在65–75°C下运行, 大门扩大了 20 % 相对于铝铸件以保持填充速度.
陶瓷壳系统
铸造厂交替 锆石 和 氧化铝 - 硅酸盐 浆液, 建造12-20毫米的壳.
这种组合提供了超越的耐火性 1 700 °C和通风气体膨胀的渗透性.
脱瓦 & 外壳倦怠
高压釜脱水 150 °C去除散装蜡. 下一个, 炉坡道 2 °C/min到 900 °C, 持有4-6个小时. 这种缓慢的循环可防止外壳破裂，同时烧毁所有有机物.
钢熔化 & 浇注
感应炉热电 1 550 ± 10 °C, 确保 5 % 过热. 铸造厂使用倾斜 - 衬托或真空辅助倾盆大雨来减少湍流; 小型铸件充满30-60 s, 在2–3分钟内较大.
壳去除 & 表面处理
4-8小时冷却后, 机组人员机械摆脱炮弹, 然后arg-blast表面至RA 1.6–3.2 µm. 自动研磨机卸下门.
热处理
从 900 °C进入油或水, 然后发脾气 600 °C 2 小时. 这个周期产生拉伸强度匹配的锻造物 (400–900 MPA) 并将硬度调整为HRC 20-55.
5. 机械的 & 物理特性
| 财产 | 低-C | Med-C | 高-C |
|---|---|---|---|
| 抗拉强度 (MPA) | 400–550 | 500–650 | ≥900 |
| 产生强度 (MPA) | 250–350 | 300–450 | 700–850 |
| 伸长 (%) | 20–25 | 15–20 | 2–5 |
| 硬度 (HRC) | 15–20 | 25–35 | 45–55 |
| 影响韧性 (j, 夏比) | 40–60 | 30–50 | 10–20 |
| 导热率 (w/m·k) | 30–45 | 28–40 | 25–35 |
| 扩张 (10⁻⁶/k) | 11–13 | 12–14 | 12–14 |
6. 碳钢投资铸件的耐腐蚀性
碳钢的腐蚀特性
碳钢在暴露于水分时易于氧化和生锈, 氧, 以及诸如酸等腐蚀剂, 盐, 和工业污染物.
大气环境中的典型腐蚀速率 (例如。, 城市或海洋) 对于无保护的碳钢范围 0.02–0.2毫米/年, 取决于暴露严重程度.
表面处理和防护涂层
增强耐用性和耐腐蚀性, 碳钢铸件经常被涂覆或处理. 常见方法包括:
- 镀锌 (热浸锌涂层)
提供阴极保护，广泛用于结构和室外应用. 锌优先腐蚀, 屏蔽钢基材. - 磷酸盐涂料
用作绘画或耐磨应用的预处理. 增强油漆粘附并提供轻微的腐蚀保护. - 粉末涂料 或绘画
环氧树脂或聚氨酯涂料经常用于工业设备和消费品，以改善美学和障碍保护. - 电镀 (例如。, 锌, 镍)
适用于小精密组件. 提供平滑, 均匀的耐腐蚀表面. - 聚合物衬里或橡胶涂料
在高度腐蚀性环境中使用，例如化学处理或水处理应用.
7. 为什么要碳钢投资铸造
选择碳钢投资铸造在申请需求时会带来无与伦比的优势 复杂的几何形状, 紧张的公差, 和 强大的机械性能.
以下, 我们概述了工程师和决策者赞成此过程的关键原因:
杰出的细节和准确性
投资铸造重现了精美的功能 - , 薄壁 (下去 2 毫米), 和锋利的角落 - 一次倒.
最后, 你取得了成就 尺寸公差高达±0.1 mm 和 表面完成至RA 0.8 µm, 将次级加工剪切到 60 %.
碳范围的合金柔韧性
您是否需要低碳等级 (A216 WCB) 用于耐腐蚀的阀体, 中碳钢 (A297) 用于泵外壳,
或高碳合金 (A11540) 用于耐磨零件, 投资铸造可容纳他们.
因此, 您在调整机械属性时保持一致的过程参数 - 从 400 MPA拉伸强度 结束 900 MPA.
复杂的, 近网状生产
通过消除核心和加入, 投资铸造将组件合并为单个组件 - 还原焊接, 紧固件, 和泄漏路径.
例如, 一个曾经需要四件砂品件的油田阀体现在是一个无缝的铸造, 通过 50 % 并提高可靠性.
高产和材料效率
仔细的外壳设计和受控的倒价速率最小化收缩孔隙度, 驾驶 上面的第一越过屈服 90 %.
而且, 门控和立管优化通过 15 % 与沙子铸造相比, 降低原材料成本和废料.
低至中量的成本效益
虽然用于蜡模和陶瓷壳的工具 (美元 15 000–50 000) 超过沙子铸造的, 分娩通常发生在 1 000–5 000 每年零件.
相比之下, 锻造或加工这样的复杂形状会增加每一部分的成本和较长的交货时间.
战略行业的应用
诸如 油 & 气体, 发电, 汽车, 和 重型设备 依靠碳钢投资铸件作为关键组件 - 阀体, 涡轮排气肘, 耦合,
因为方法平衡了性能, 可靠性, 和周转.
8. 碳钢铸件的应用
油 & 天然气行业
- 阀体和执行器
- 管道连接器和联轴器
- 高压泵壳
- 法兰, 肘部, 和流控制组件
发电
- 蒸汽轮机套管
- 泵外壳和叶轮
- 变速箱组件
- 排气扩散器
重型机械和工业设备
- 齿轮外壳
- 轴承支撑
- 底盘连接器和支架
- 耐磨零件
汽车和运输
- 悬架臂和支架
- 发动机安装座
- 转向和链接组件
- 制动系统零件
- 耦合器和铁路汽车配件
农业 & 非公路设备
- 犁托
- 液压缸成分
- 举起钩子
- 框架零件
防御 & 军队
- 军备住房
- 触发机制
- 战术车辆组件
- 结构支架和坐骑
海洋产业
- 甲板配件
- 发动机支撑结构
- 绞车住房
建造 & 结构硬件
- 起重机组件
- 支撑连接器
- 电梯支架
- 钢筋耦合器
工具和固定装置
- 加工固定装置
- 焊接定位器
- 机器人武器和抓地力工具
9. 投资铸造中使用的典型碳钢等级
以下是通常用于精确铸造的典型碳钢等级的列表 (投资铸造),
涵盖各种国际标准, 这对于全球制造公司来说很方便，可以参考和选择:
| 标准 & 年级 | 碳含量 (c) | 抗拉强度 (MPA) | 典型的应用 |
|---|---|---|---|
| ASTM A216 WCB | 0.17% 最大限度 | 415–485 | 阀, 泵, 法兰, 一般压力应用 |
| ASTM A352 LCB | 0.20% 最大限度 | 485–620 | 低温压力系统 |
| ASTM A105 | 0.35% 最大限度 | 485–655 | 锻造法兰, 配件, 压力容器 |
| ASTM AISI 1020 | 0.18–0.23％ | 395–510 | 机器零件, 轴, 汽车组件 |
| ASTM AISI 1030 | 0.28–0.34％ | 450–600 | 结构条, 铁轨板, 曲轴 |
| ASTM AISI 1045 | 0.43–0.50％ | 570–750 | 齿轮, 车轴, 螺栓, 曲轴 |
| ASTM AISI 1055 | 0.50–0.60％ | 610–830 | 链轮, 衬套, 手工工具 |
| ASTM AISI 1080 | 0.75–0.88％ | 720–880 | 弹簧, 刀片, 耐磨零件 |
| C22 (1.0402) | 〜0.22％ | 400–500 | 汽车怀, 建筑设备 |
| 和C45 (1.0503) | 〜0.45％ | 570–800 | 轴, 主轴, 凸轮 |
| DIN GS-C25 | 〜0.25％ | 450–600 | 通用工程零件 |
| 只是S25C | 〜0.25％ | 440–580 | 宽恕, 杠杆, 链接 |
| 他是S45C | 〜0.45％ | 570–800 | 传输部件, 齿轮 |
| GB 25# | 〜0.25％ | 450–600 | 农业机械, 汽车组件 |
| GB 45# | 〜0.45％ | 570–750 | 高强度结构零件 |
10. 结论
碳钢投资铸造桥梁艺术和高温冶金, 交付组合的零件 复杂的几何形状, 紧张的公差, 和 强大的机械性能.
而高工具成本和过程敏感性构成挑战, 壳材料和数字监控的进步正在减少交货时间和缺陷.
通过选择合适的钢等级, 优化门控和外壳系统, 并应用适当的热处理,
制造商可以利用投资铸造来满足能源最艰难的需求, 机械, 和运输.
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常见问题解答
碳钢投资铸造可实现的典型公差是什么?
投资铸造通常实现 小特征的±0.10 mm 然后 更大特征的±0.5毫米, 取决于组件的复杂性和大小.
碳钢投资铸件有多强?
取决于等级和热处理, 拉伸强度范围从 400 MPA结束 900 MPA. 碳钢可以淬灭，以提高耐磨性和疲劳寿命.
铸造后需要热处理?
是的, 在大多数情况下. 热处理 标准化, 退火, 或者 淬火和回火 用于增强机械性能并减轻内部应力.
投资量碳钢的表面表面表面表面水平是多少?
投资铸造可以实现 RA 3.2-6.3 µm, 比砂铸造更光滑，通常可以接受而无需进一步加工.
可以施放复杂的几何形状和内部特征?
是的. 投资铸造允许 近网状 复杂的几何形状生产, 包括 底切, 细节, 和薄壁 - 通常不需要焊接或组装.
