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    行業應用

    鋼鐵行業

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    鑄造行業中鑄鋼鑄鐵及有色金屬鑄件元素分析解決方案
    發布時間:2014/2/5 17:39:05   點擊次數:488次

     

    • 概述

        鑄造是機械制造工業毛坯和零件的主要供應者,鑄件在機械產品中所占的比例大,在一般機器中占總質量的 40% ~ 80%, 而制造的成本只占機器總成本的 25% ~ 30%。成本低廉的原因是1.可大量利用廢、舊金屬材料 2.有一定的尺寸精度 , 節約加工工時和金屬材料。因此鑄造產業在國民經濟中占有極其重要的地位。

         鑄造企業大致分為鑄鋼(鑄造碳鋼、鑄造低合金鋼、鑄造特種鋼)、鑄鐵(灰鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵)、鑄鋁(鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁鋅合金)、鑄銅(黃銅、紫銅、白銅、青銅)。廣泛用于汽車、船舶、冶金、航空、鐵路、飛機、造紙、醫藥、建筑等行業,每種鑄件在使用中有相應的牌號和元素的含量要求,鑄造企業對生產的鑄件的材質檢驗是確定鑄件用途的主要依據。

     

    •  確定分析目標

     1.鑄造企業的產品及用途

     1)鑄鋼企業產品及用途:

       (1)碳鋼。是碳含量小于0.5%的普通鋼,含碳小于0.2%的為鑄造低碳鋼,含碳0.2%~0.5%的為中碳鋼,含碳大于0.5%的為高碳鋼,隨著碳元素含量的增加,鋼的質地會變硬。在重型機械中用于制造承受大負荷的零件,如軋鋼機機架、水壓機底座等;在鐵路車輛上用于制造受力大又承受沖擊的零件如搖枕、側架、車輪和車鉤等。

       (2)低合金鋼。含有錳 、鉻、銅等合金元素的鑄鋼。合金元素總量一般小于5%,具有較大的沖擊韌性,并能通過熱處理獲得更好的機械性能。鑄造低合金鋼比碳鋼具有較優的使用性能,能減小零件質量,提高使用壽命。

       (3)特種鋼。為適應特殊需要而煉制的合金鑄鋼,品種繁多,通常含有一種或多種的高量合金元素,以獲得某種特殊性能。例如 ,含錳11%~14%的高錳鋼能耐沖擊磨損,多用于礦山機械、工程機械的耐磨零件;以鉻或鉻鎳為主要合金元素的各種不銹鋼,用于在有腐蝕或650℃以上高溫條件下工作的零件,如化工用閥體、泵、容器或大容量電站的汽輪機殼體等。   

        (4)不銹鋼按成分可分為Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni(200系列)、耐熱鉻合金鋼(500系列)及析出硬化系(600系列)。 

    2)鑄鐵企業產品及用途

       (1)灰口鑄鐵。含碳量較高(2.7%~4.0%),碳主要以片狀石墨形態存在,斷口呈灰色,簡稱灰鐵。熔點低(1145~1250℃),凝固時收縮量小,抗壓強度和硬度接近碳素鋼,減震性好。用于制造機床床身、汽缸、箱體等結構件。   

       (2)白口鑄鐵。碳、硅含量較低,碳主要以滲碳體形態存在,斷口呈銀白色。凝固時收縮大,易產生縮孔、裂紋。硬度高,脆性大,不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。   

       (3)可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得,石墨呈團絮狀分布,簡稱韌鐵。其組織性能均勻,耐磨損,有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復雜、能承受強動載荷的零件。  

       (4)球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經球化處理后獲得,析出的石墨呈球狀,簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用于制造內燃機、汽車零部件及農機具等。   

       (5)合金鑄鐵。普通鑄鐵加入適量合金元素(如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等)獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發生變化,從而具有相應的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機械和儀器、儀表等的零部件。

     3)鑄銅企業產品及用途:

       (1)白銅:以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅;加有錳﹑鐵﹑鋅﹑鋁等元素的白銅合金稱復雜白銅。工業用白銅分為結構白銅和電工白銅兩大類。結構白銅的特點是機械性能和耐蝕性好,色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機械﹑眼鏡配件、化工機械和船舶構件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅﹑康銅﹑考銅是含錳量不同的錳白銅﹐是制造精密電工儀器﹑變阻器﹑精密電阻﹑應變片﹑熱電偶等用的材料。

       (2)黃銅:以鋅作主要添加元素的銅合金﹐具有美觀的黃色,統稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復雜黃銅。含鋅低於36%的黃銅合金由固溶體組成,具有良好的冷加工性能,如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼,俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36~42%之間的黃銅合金由和固溶體組成,其中最常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能,常添加其他元素,如鋁﹑鎳﹑錳﹑錫﹑硅﹑鉛等。鋁能提高黃銅的強度﹑硬度和耐蝕性﹐但使塑性降低,適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性﹐故稱海軍黃銅,用作船舶熱工設備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能;這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來制作閥門和管道配件等。 船舶常用的消防栓防爆月牙扳手,就是黃銅加鋁鑄造而成。

       (3)紫銅:高品質紅銅純度高,組織細密,含氧量極低。無氣孔、沙眼、疏松,導電性能極佳,適合電蝕刻模具,經熱處理工藝,電極無方向性,適合精打,細打。 參考參數:Cu≥99.95%。

    (4)青銅:青銅原指銅錫合金,后除黃銅﹑白銅以外的銅合金均稱青銅,并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能﹑減摩性能好和機械性能好,適合於制造軸承﹑蝸輪﹑齒輪等。鉛青銅銅合金消防栓扳手是現代發動機和磨床廣泛使用的軸承材料。            

      (5)鋁青銅強度高,耐磨性和耐蝕性好,用於鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。

      (6)磷青銅的彈性極限高,導電性好,適於制造精密彈簧和電接觸元件,

      (7)鈹青銅還用來制造煤礦﹑油庫等使用的無火花工具。

      (8)鈹銅是一種過飽和固溶體銅基合金,是機械性能,物理性能,化學性能及抗蝕性能良好;粉末冶金制作針對鎢鋼,高碳鋼、耐高溫超硬合金制作的模具需電蝕時,因普通電極損耗大,速度慢,鎢銅是比較理想材料。

     4)鑄鋁企業

      (1)鋁硅合金,也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能,熱脹系數小,在鑄造鋁合金中品種最多,用量最大的合金,含硅量在10%~25%。有時添加0.2%~0.6%鎂的硅鋁合金,廣泛用于結構件,如殼體、缸體、箱體和框架等。有時添加適量的銅和鎂,能提高合金的力學性能和耐熱性。此類合金廣泛用于制造活塞等部件。   

       (2)鋁銅合金,含銅4.5%~5.3%合金強化效果最佳,適當加入錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強度和鑄造性能。主要用于制作承受大的動、靜載荷和形狀不復雜的砂型鑄件。   

       (3)鋁鎂合金,密度最小(2.55g/cm3),強度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金,含鎂12%,強化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好,室溫下有良好的綜合力學性能和可切削性,可用于作雷達底座、飛機的發動機機匣、螺旋槳、起落架等零件,也可作裝飾材料。   

    (4)鋁鋅合金,為改善性能常加入硅、鎂元素,常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下,該合金有淬火作用,即“自行淬火”。不經熱處理就可使用,以變質熱處理后,鑄件有較高的強度。經穩定化處理后,尺寸穩定,常用于制作模型、型板及設備支架等。鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系,具有與變形鋁合金相同的強化機理﹙除應變強化外﹚,他們主要的差別在于:鑄造鋁合金中合金化元素硅的最大含量超過多數變形鋁合金中的硅含量。鑄造鋁合金除含有強化元素之外,還必須含有足夠量的共晶型元素﹙通常是硅﹚,以使合金有相當的流動性,易與填充鑄造時鑄件的收縮縫。目前基本的合金只有以下6類;① AI-Cu合金, ② AI-Cu-Si合金 ③ AI-Si合金 ,④ AI-Mg合金 , ⑤AI-Zn-Mg合金 ,⑥ AI-Sn合金。

    含硅量在10%~25%。有時添加0.2%~0.6%鎂的硅鋁合金

    2.鑄造企業產品種類及分析目標:

       1)鑄鋼企業 鑄鋼企業鑄件要求分析項目:

     鑄鋼企業鑄造要確定鑄鋼種類對其進行化學成分分析

    碳鋼分為一般有15#鋼~45#鋼,一般只要求分析碳鋼中碳、硫、錳、磷、硅元素,低合金鋼除了對上述五元素分析外還有鉻、鎳、鉬、銅;特種鋼主要有碳、硫、錳、磷、硅、鉻、鎳、鉬、銅、鈦、鎢等元素。

       2)鑄鐵企業  鑄鐵企業鑄件要求分析項目:

     鑄鐵企業鑄造要確定鑄鐵種類對其進行化學成分分析

    灰口鐵、白口鐵、可鍛鑄鐵一般只要求分析碳、硫、錳、磷、硅元素;球墨鑄鐵除了對上述五元素分析外還有稀土總量和鎂元素測定;合金鑄鐵主要有碳、硫、錳、磷、硅、鉻、鎳、鉬等元素。

    灰口鐵、白口鐵等普通生鐵也是對錳、碳、硫、磷、硅五個元素的分析,合金類如高鉻鑄鐵、球墨鑄鐵等一些合金鑄鐵除了檢測五個元素外還有鉻、鎳、鉬其他元素及球化率檢測。 

       3)鑄銅企業   鑄銅企業鑄件要求分析項目:

     鑄銅企業鑄造要確定種類對其進行化學成分分析

    銅合金分為很多種類,一般檢測元素是根據所生產產品進行選擇性檢驗,如黃銅牌號59黃銅、69黃銅對銅含量的分析;紫銅的雜質元素分析;磷青銅、錫青銅的磷、錫元素的分析等等。對于銅合金企業檢測產品分為爐前控制和爐后分析。

       4)鑄鋁企業 鑄鋁企業鑄造要確定種類對其進行化學成分分析

    鋁合金生產企業一般鋁合金常規元素有硅、鐵、銅、錳、鎂、鈦,其他元素根據企業所生產產品要求選擇性檢測。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

    三、鑄造企業儀器選擇

    鑄造企業可根據產品要求、自身規模、預算費用、分析目的等方面考慮選擇實用的分析儀器,以下列舉由鑫耀公司生產的各類金屬材料分析儀的參數、報價和功能:

    方案一:配置有XY-CS5碳硫分析儀、 XY-FB微機元素分析儀、XY-A電弧燃燒爐、MP16打印機

    該方案配置采用全自動操作分體設計,由二臺儀器組成合并后稱為一套,可檢測鋼鐵中碳、硫、錳、磷、硅五大元素檢測和部分合金材料中鉻、鎳、鉬等元素的檢測,儀器運行時間分別是XY-CS5碳硫分析儀從樣品加入儀內45秒打印出檢測結果、 XY-FB微機元素分析儀從樣品顯色倒入比色杯內2秒內即可顯示測試結果;設備優點采用最新技術微機控制終點色自動識別系統,可打印備案所需的測試報告。微機元素分析儀采用零點負值電壓自動調節系統。選擇該方案組建化驗室所有費用在2萬元以內。

    方案二:配置有XY-CS6碳硫分析儀、 XY-FC微機元素分析儀、XY-A電弧燃燒爐、電子天平、MP16打印機

    該方案是目前國內最暢銷、性價比最高的機型,除了具備上述方案所有功能以外,還配備電子天平實現不定量稱樣,鋼鐵檔位切換開關節省操作人員的操作時間;此套設備采用進口元器件,設備主板三道保護系統,使儀器控制部分故障將到最低。選擇該方案組建化驗室所有費用在3元以內。

    方案三: XY-QF9電腦多元素分析儀、XY-A電弧燃燒爐、電子天平、聯想電腦、惠普打印機

    該方案采用一體化設計一套儀器不僅可檢測五大元素,還可以檢測不銹鋼、鋁合金、銅合金等多種材料中的近百種元素, 采用的品牌電腦軟件控制,強大的軟件處理功能,使該儀器一直處于高檔儀器的行列。

    方案四:XY-TG3P爐前碳硅快速分析儀、XY-TG4L鐵水質量分析儀

    此方案把2種機型合并說明,一般只供鑄鐵企業選擇,鑄鐵在生產過程中爐前控制只有快速準確的檢測原鐵水中的各項指標才能生產出優質的鑄件。

    XY-TG3P爐前碳硅快速分析儀在2分鐘之內對鐵水的鐵水溫度(液相溫度、固相溫度)、碳含量、硅含量、碳當量、共晶度、推算抗拉強度指標進行快速檢驗并打印。該儀器價格5000-7000之間。

    XY-TG4L鐵水質量分析儀在3分鐘之內對鐵水溫度(液相溫度、固相溫度)、碳含量、硅含量、碳當量、共晶度、計算抗拉強度;對非合金鑄鐵的抗拉強度RM、硬度HB、品質系數R/H、共結團數MEG、石墨化因子K項目進行檢測,可根據測定的成分含量、已設定的鐵水量、目標成分及材料留存率自動計算材料不足量,根據材質要求和測量結果自動計算加料量便于爐前快速調整增碳劑、硅鐵、廢鋼添加量,使C%、Si%進入目標上下限內。;可設溫度補償并打印。此套儀器價格3萬-4萬之間。

     

    方案五:XY-2011B全自動紅外碳硫分析儀、XY-1HW高頻紅外碳硫分析儀、XY-FD電腦多元素分析儀

    該方案采用紅外線檢測碳硫元素,檢測精度及范圍C:0.001-10.0000%(可擴展),S:0.0005-0.3500%(可擴展)。全自動紅外碳硫分析儀是目前國內精度最高的碳硫分析儀,檢測時間在四十秒內對碳硫元素進行定量或不定量分析,其他元素和方案三相同,如要求較高的超低碳不銹鋼檢測,耐火材料、玻璃、石灰、水泥等元素檢測。此套方案適合對產品要求較高如軍工企業、航空航天、進出口貿易等企業部門使用,儀器配套價格4萬至9萬之間。

     

    方案六 XY-8000型直讀光譜儀

    此套光譜分析儀在30秒時間內對鋼鐵企業中的碳鋼、高、中、低合金鋼、各種牌號鑄鐵、合金鑄鐵;鑄造企業中的各種金屬如:鋁合金、鎂合金、銅合金、鋅合金;機械及實驗室中的各種金屬材料中的所有元素的快速檢驗。直讀光譜儀以速度快、所測元素齊全、操作方便的特點是使其他儀器無法做到的。如鋁合金、鎂合金、鋅合金等許多有色金屬的爐前控制,除了光譜分析儀以為沒有任何儀器可以在短時間內對所有元素進行快速分析。器價格20萬-28萬之間。

    以上方案僅給客戶參考其他更多產品可參考官方網站產品目錄選擇:鑫耀產品展示

    方案一、方案二、方案三、方案五化驗室可參照:鋼鐵行業化驗室諸多問題解決方案

    四、選擇要點

    各類鑄造企業可對自身規模、用途、預算費用及產品要求選擇適合自身分析的需求,選擇正規廠家生產的儀器設備,不用追求高價,不是價格最高的儀器就是最好的,如鋼鐵企業對于檢測鋼鐵材料中的五大元素,只需配置方案一到方案三儀器即可滿足爐前控制或爐后檢測需求。最適合自身企業檢測需求的才是最好的。

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