由于薄壁長筒與下舵承和下舵鈕部分壁厚相差懸殊，鑄件在凝固收縮中兩部分連接處容易產(chǎn)生熱裂紋，由于掛舵臂主體薄壁長筒的結(jié)構(gòu)特點。更容易判斷出缺陷的性質(zhì)，檢測原始數(shù)據(jù)可數(shù)字化存儲，易于追溯，具有一定的優(yōu)勢，但PAUT由于使用條件的，僅可用于軸孔表面這樣的規(guī)則區(qū)域，而無A脈沖超聲波檢測技術(shù)那樣可適用于鑄鋼件所有的復(fù)雜表面。使用具有一定的局限性，圖11PAUT在掛舵臂無損探傷中的使用◆鑄鋼件缺陷的修補(bǔ)通過前文可以發(fā)現(xiàn)，缺陷的存在會大大鑄鋼件的疲勞強(qiáng)度，必須采用的手段對缺陷進(jìn)行處理，本部分基于在32.5萬噸掛舵臂鑄鋼件檢驗中遇到的缺陷修復(fù)實例進(jìn)行分析。按照CCS材料與焊接規(guī)范的規(guī)定。鑄件在凝固和冷卻中，由于收縮受阻，各部位冷卻速度不同以及組織轉(zhuǎn)變引起 體積變化等原因，不可避免的會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。鑄件內(nèi)應(yīng)力會使鑄件在存放、后 序加工及使用中產(chǎn)生裂紋或變形，鑄件的尺寸精度和使用性能，甚至使鑄件報廢。否則稱為[冷軋"。壓延是金屬加工中常用的手段，壓力鑄造的實質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型(壓鑄模具)型，隨著時間，兩側(cè)逐漸凝固會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，兩側(cè)的應(yīng)力會在此缺陷位置集中，但由于鑄件溫度較高。并無較度，在應(yīng)力拉扯情況下，容易開裂，再者，若此位置再有夾砂之類的缺陷，便有了裂紋源，在應(yīng)力集中的情況下，更容易產(chǎn)生熱裂紋，為了避免此位置再次出現(xiàn)裂紋，在后續(xù)的產(chǎn)品生產(chǎn)中在此位置割筋，割筋冷卻速度較快。在一定的時間內(nèi)便會具有較高的強(qiáng)度，可以有效由于應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋的傾向，型腔清潔程度，裂紋源，在此改進(jìn)措施下，該系列船后續(xù)產(chǎn)品在該位置未再次產(chǎn)生裂紋，控。因此，對于有較大鑄造殘留應(yīng)力的鑄件，尤其是形狀復(fù)雜的大型鑄件，應(yīng)在機(jī)械加工 前進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力處理。鑄件在焊補(bǔ)時也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因此，焊補(bǔ)后的鑄件也應(yīng)進(jìn)行 內(nèi)應(yīng)力處理。毛坯的的成形工藝，應(yīng)用:汽車的發(fā)動機(jī)氣缸體，氣缸蓋，曲軸等鑄件(2)熔模鑄造(investmentcasting)熔模鑄造:通常是指在易熔材料制成模樣。在模樣表面若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化型殼，從而無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案，常稱為[失蠟鑄造"，熔模鑄造工藝流程工藝特點優(yōu)點:尺寸精度和幾何精度高,表面粗糙度高,能夠鑄造外型復(fù)雜的鑄件。且鑄造的合金不受，缺點:工序繁雜，費(fèi)用較高應(yīng)用:適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜，精度要求高，或很難進(jìn)行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動機(jī)的葉片等，(3)壓力鑄造(casting)壓鑄:是利用高壓將金屬液高速一精密金屬模具型。
湖南ZG35Cr28Ni16鑄鋼件爐用構(gòu)件常采用的鑄件內(nèi)應(yīng)力處理是自然時效和人工時效。自然時效是將鑄件 平穩(wěn)地放置在空地上，一般放置6-18個月，好經(jīng)過夏季和冬季。大型鑄鐵件，如床 身，機(jī)架等一般采用這種時效液態(tài)金屬澆注到與零件形狀，尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以毛坯或零件的生產(chǎn)，通常稱為金屬液態(tài)成形或鑄造，工藝流程:金屬→充型→凝固收縮→鑄件工藝特點:可生產(chǎn)形狀任意復(fù)雜的制件，特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的制件。適應(yīng)性強(qiáng)，合金種類不受，鑄件大小幾乎不受，材料來源廣，廢品可重熔，設(shè)備低，廢品率高，表面較低，勞動條件差，鑄造分類:(1)砂型鑄造(sandcasting)砂型鑄造:在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造。鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造，工藝流程:砂型鑄造工藝流程技術(shù)特點:適合于制成形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯,適應(yīng)性廣，成本低,對于某些塑性很差的材料，如鑄。。自然時效鑄件尺寸的效果比人工時效好，但周 期長，因此中小鑄件、甚至大鑄件通常都采用人工時效來內(nèi)應(yīng)力。人工時效通 常指對鑄件進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力回火，即將鑄件加熱到塑性變形溫度范圍保持一段時間，使 鑄件各部位溫度均勻化，從而釋放鑄件內(nèi)應(yīng)力，使鑄件尺寸趨于，然后使鑄件在爐內(nèi) 冷卻到彈性變形溫度范圍后出爐空冷。此外，振動時效作為一種鑄件內(nèi)應(yīng)力的 新工藝，由于其能耗和處理成本較低，且在內(nèi)應(yīng)力及保證鑄件尺寸性方面效果 顯著，也越來越受到。常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂，硅砂的高溫性能不能使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。應(yīng)用廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或鹽和各種合成樹脂作型砂粘結(jié)劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結(jié)劑及其建立強(qiáng)度的不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學(xué)硬化砂型3種。砂型鑄造用的是和簡單類型的鑄件已延用幾個世紀(jì).砂型鑄造是用來制造大型部件，如灰鑄鐵，球墨鑄鐵,不銹鋼和其它類型鋼材等工序的砂型鑄造。其中主要步驟包括繪畫，模具，制芯，造型，熔化及澆注，清潔等。工藝參數(shù)的選擇加工余量：所謂加工余量，就是鑄件上需要切削加工的表面，應(yīng)預(yù)先留出一定的加工余量，其大小取決于鑄造合金的種類、造型、鑄件大小及加工面在鑄型中的位置等諸多因。
所以說在大型鑄件的生產(chǎn)中低溫澆注是必須要遵循的一個原則。大包澆小件的缺點，許多薄壁小鑄件如果澆注速度過快極易形成卷入性氣孔，由于沒有時間從鋼水中就凝固了，像一些氣缸類鑄件出現(xiàn)的氣孔就屬于這種情況，它們是承壓鑄件要經(jīng)過探傷檢驗，這些缺陷的修復(fù)是非常有難度的。經(jīng)常就會造成鑄件報廢的情況，是一個比較棘手的問題，大件澆注碰爐翻包后的時間也對鑄件氣孔的產(chǎn)生有一定的影響，小包鋼水翻入大包時卷入的氣體如果沒有足夠的時間讓它浮出來就澆入鑄件時又是一個卷入的，這也是許多大鑄件加工后出現(xiàn)氣孔的原因。只要生產(chǎn)組織充分考慮的這些影響鑄件的因素，經(jīng)過綜合評估，本次焊補(bǔ)采用局部火焰加熱去除應(yīng)力，焊道處加熱至560℃后保溫時間≥6。白口鑄鐵件內(nèi)應(yīng)力退火合金元素含量高的高合金白口鑄鐵，尤其是高硅鑄鐵和高鉻鑄鐵，由于熱導(dǎo)率低和 線收縮率大，鑄件在凝固冷卻后有較大的殘留應(yīng)力，如不及時退火予以，極易在放 置、運(yùn)輸、加工和使用中自行開裂，所以必須進(jìn)行人工時效。市場上的需求，國內(nèi)制造業(yè)產(chǎn)能過剩的情況越發(fā)凸顯出來，市場上僅有的一些訂貨除了價格競爭激烈到白刃，對于產(chǎn)品的要求也是更加嚴(yán)格，像鑄鋼件的氣孔問題在過去不算什么大的問題，而現(xiàn)在卻經(jīng)常會造成產(chǎn)品報費(fèi)的嚴(yán)重后果。改革開放三十多年來，上許多先進(jìn)的技術(shù)要求也逐漸的走進(jìn)了我們身邊，從而壓鑄件力學(xué)性能和表面的先進(jìn)壓鑄工藝，或壓鑄件內(nèi)部的氣孔，壓鑄件的機(jī)械性能和表面，鍍覆性能;型腔的反壓力。可使用較低的比壓及鑄造性能較差的合金，有可能用小機(jī)器壓鑄較大的鑄件;了充填條件，可壓鑄較薄的鑄件;模具密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造及安裝較困難，因而成本較高;真空壓鑄法如控制不當(dāng)，效果就不是很顯。
圖6型芯撐未熔合產(chǎn)生的裂紋圖7夾渣圖8縮松夾渣的產(chǎn)生原因為鑄件凝固中鋼水中的非金屬夾雜物上浮至鑄件上表面所致，縮松是后凝固部分的殘留金屬由于溫度梯度小而同時凝固。晶粒之間和枝晶之間形成的通道使外部金屬很難通過，而無法給予補(bǔ)縮的結(jié)果，圖9夾砂/砂眼圖10氣孔夾砂/砂眼:型腔未清理干凈或者造型緊實度不夠，澆注中鋼水沖刷型腔所致，氣孔:型腔/型芯產(chǎn)生的氣體或鋼水中的氣體沒有在鑄件凝固前去所致?！魭於姹坭T鋼件的無損探傷掛舵臂鑄鋼件在使用中主要受到彎曲應(yīng)力的作用，高應(yīng)力區(qū)域主要出現(xiàn)在外表面和近表面區(qū)域，故產(chǎn)品表層區(qū)域的缺陷對其安全性能影響，也有其明顯的缺點，與粘土砂相比，產(chǎn)生粉塵污染較。高合金白口鑄鐵的人工時效工藝，一般是以20-100℃/h 的加熱速度使鑄件升溫到800-900℃，保溫一段時間后以20-50℃ 的冷卻速度隨爐冷卻到100-150℃以下出爐。形狀復(fù)雜和導(dǎo)熱性極差的鑄件，加熱速度和冷卻速度取下限；一般鑄件的加熱 速度和冷卻速度取上限。保溫時間t=δ/25（h），式中δ為鑄件厚度（mm）。
以下是實際生產(chǎn)中采用的高硅耐酸鑄鐵件和高鉻鑄鐵件的人工時效規(guī)范。鑄造的定義：是將金屬澆鑄到與零件形狀相適應(yīng)的鑄造空腔中，待其冷卻凝固后，具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型。常見的鑄造有砂型鑄造和精密鑄造，詳細(xì)的分類如下表所示。砂型鑄造：砂型鑄造——在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。精密鑄造：精密鑄造是用精密的造型鑄件工藝的總稱。它的產(chǎn)品精密、復(fù)雜、接近于零件后形狀，可不加工或很少加工就直接使用，是一種近凈形成形的先進(jìn)工藝。常用的鑄造及其優(yōu)缺點1.普通砂型鑄造制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)。
缺點及局限性：鑄件尺寸不能太大工藝復(fù)雜鑄件冷卻速度慢。熔模鑄造在所有毛坯成形中，工藝復(fù)雜，鑄件成本也很高，但是如果產(chǎn)品選擇得當(dāng)，零件設(shè)計合理，高昂的鑄造成本由于切削加工、裝配和節(jié)約金屬材料等方面而補(bǔ)償，則熔模鑄造具有良好的經(jīng)濟(jì)性。3.壓鑄壓鑄工藝原理是利用高壓將金屬液高速一精密金屬模具型，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。壓力鑄造a)合型澆注b)壓射c)開型頂件冷、熱室壓鑄是壓鑄工藝的兩種基本。冷室壓鑄中金屬液由手工或自動澆注裝置澆入壓室內(nèi)，然后壓射沖頭前進(jìn)，將金屬液型腔。在熱室壓鑄工藝中，壓室垂直于坩堝內(nèi)，金屬液通過壓室上的進(jìn)料口自動流入壓室。壓射沖頭向下運(yùn)。高硅鑄鐵件（ω（C）=0.3%-0.8% , ω（Si）=14.5%、ω（Mn）=0.3%-0.8%、ω（S）≤0.07%、ω（P）≤0.1%）。簡單的中、小鑄件以100℃/h 的加熱速度升溫至 850℃-900℃，保溫1-2h后以30-50℃/h 的冷卻速度隨爐冷卻；形狀較復(fù)雜的鑄件，應(yīng)在凝固后冷卻至700℃左右時即出型送入已預(yù)熱到該溫度的退火爐中，然后升溫至780-850℃，保溫2-4h后以30-50℃/h 的冷卻速度隨爐冷卻。此項工藝認(rèn)可是CCS對鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行工廠認(rèn)可和對其進(jìn)行生產(chǎn)的鑄鋼件開展檢驗工作的必要條件。焊補(bǔ)的應(yīng)嚴(yán)格此缺陷修補(bǔ)認(rèn)可工藝及CCS材料與焊接規(guī)范的要求，缺陷的發(fā)現(xiàn)和初步清理本實例缺陷位于掛舵臂大端軸孔處，經(jīng)超聲波(斜)測定:長度沿著軸線方向，長度約300mm，斷面沿徑線方向向內(nèi)部擴(kuò)展。深度約60mm，圖12超聲波探傷(斜)圖13缺陷位置示意CCS規(guī)范要求鑄鋼件缺陷可采用打磨，機(jī)加工，或鈚鑿加打磨，或氣割或碳弧氣刨加打磨的去除，重要鑄件采用氣割或碳弧氣刨鏟除缺陷時，可視鑄件的化學(xué)成分。缺陷大小和性質(zhì)，進(jìn)行必要的預(yù)熱，本次缺陷的采用了碳弧氣刨加砂輪打磨的，電壓25-35V。
可以幫助驗船師在檢驗中關(guān)注產(chǎn)品易出現(xiàn)的問題，更好地把控產(chǎn)品，以32.5萬噸礦砂船的掛舵臂鑄鋼件為例，其生產(chǎn)工序繁多，主要分為鋼水冶煉和鑄造兩大步驟。鋼水冶煉工藝主要有長流程工藝和短流程工藝，其中長流程工藝以鐵礦石，焦炭等為原料，采用燒結(jié)爐，高爐和轉(zhuǎn)爐等設(shè)備進(jìn)行煉鋼,短流程工藝以廢鋼為主要原料，利用電爐設(shè)備進(jìn)行煉鋼，目前，船級社(CCS)認(rèn)可的國內(nèi)各大型鑄造企業(yè)鋼水冶煉工藝以短流程工藝為主(電弧爐(EAF)+鋼包精煉(LF)處理)。本文所列掛舵臂鑄鋼件的鋼水也采用短流程工藝冶煉，工藝步驟如圖1所示，圖1掛舵臂冶煉工藝流程圖鑄造則為水玻璃砂型鑄造，鋼水溫度高砂型受熱大發(fā)氣量會增大，鋼水溫度高吸氣量會增。高鉻鑄鐵件（ω（C）=0.5%-1.0% , ω（Si）=0.5%-1.3%、ω（Mn）=0.5%-0.8%、ω（Cr）=26%-30%、ω（S）≤0.08%、ω（P）≤0.1%）或ω（C）=1.5%-2.2% , ω（Si）=1.3%-1.7%、ω（Mn）=0.5%-0.8%、ω（Cr）=32%-36%、ω（S）≤0.1%、ω（P）≤0.1%）,將鑄件加熱至820-850℃鑄件溫度在500℃ 以下時加熱速度為20℃/h，鑄件溫度在500℃以上時加熱速度為50℃/h保溫，保溫時間 保溫時間t=δ/25（h），式中δ為鑄件厚度（mm），然后以25-40℃/h的冷卻速度隨爐冷卻至100-150℃出爐空冷。直澆道中鐵水的水平面與鑄件的鐵水水平面相平，邊部略呈圓形。產(chǎn)生原因：澆包中鐵水量不夠；澆道狹小，澆注速度又過快，當(dāng)鐵水從澆口杯外溢時，操作者誤認(rèn)為鑄型已經(jīng)充滿，停澆過早。防止：正確估計澆包中的鐵水量；對澆道狹小的鑄型，適當(dāng)放慢澆注速度，保證鑄型充滿。3.損傷鑄件損傷斷缺。產(chǎn)生原因：鑄件落砂過于，或在搬運(yùn)中鑄件受到?jīng)_撞而損壞；滾筒清理時，鑄件裝料不當(dāng)，鑄件的薄弱部分在翻滾時被碰斷；冒口、冒口頸截面尺寸過大；冒口頸沒有做出敲斷面（凹槽）。或敲除澆冒口的不正確，使鑄件本體損傷缺肉。防止：鑄件在落砂清理和搬運(yùn)時，注意避免各種形式的沖撞、振擊，避免不合理的丟放；滾筒清理時嚴(yán)格按工藝規(guī)程和要求進(jìn)行操。
湖南ZG35Cr28Ni16鑄鋼件爐用構(gòu)件 熱裂紋多呈不規(guī)則曲線，裂縫內(nèi)表面比較粗糙且呈氧化鐵黑褐色無金屬光澤。產(chǎn)生原因為鋼水在凝固中內(nèi)部應(yīng)力造成，如開箱過早，鑄件凝固收縮時受型砂的阻力等,冷裂紋線條細(xì)且直，裂縫內(nèi)表面潔凈且呈金屬光澤或輕微氧化色，能砂芯熱強(qiáng)度(如1000℃時樹脂砂的抗壓強(qiáng)度是水玻璃砂的5~10倍)。嚴(yán)重阻礙砂芯(型)退讓，呋喃樹脂中糠醇的含量越高(氮含量越低)，鑄件的熱裂傾向越大，因為糠醇了樹脂的熱分解溫度，了樹脂的熱分解速度，從而了砂型或砂芯的潰散性，使砂型或砂芯更加阻礙鑄件收縮，造成鑄件熱裂傾向加重。由于鑄鋼凝固時液一固兩相區(qū)的區(qū)間較寬，因此呋喃樹脂砂鑄鋼時更易產(chǎn)生熱裂缺陷，尤其是框架結(jié)構(gòu)件，用呋喃樹脂砂。球墨鑄鐵件內(nèi)應(yīng)力時效處理球墨鑄鐵彈性模量較高且對凝固冷卻速度非常，其鑄件內(nèi)應(yīng)力一般比灰鑄鐵件高1-2倍，與白口鑄鐵相近。因此，對形狀復(fù)雜、壁厚差較大的球墨鑄鐵件，即使無特殊 的熱處理要求，一般也應(yīng)進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力的低溫時效處理。球墨鑄鐵件的應(yīng)力傾向 比灰鑄鐵小，且與其基體組織有關(guān)，其低溫時效回火的工藝要點是：將鑄件加熱到Ac1以 下溫度保溫一段時間后隨爐冷卻到彈性溫度范圍，于200-250℃出爐空冷。但目前 國內(nèi)鑄造廠家多采用鑄態(tài)球墨鑄鐵工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵件，對這類球墨鑄鐵件一般不需要 進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力的低溫時效回火處理。磨削加工是應(yīng)用較為廣泛的切削加工之一，選擇性激光熔融在一個鋪滿金屬粉末的槽內(nèi)。計算機(jī)控制著一束大功率的二氧化碳激，內(nèi)水口的高度也是造成的主要原因，這類氣孔由于會分布在鑄件的許多部位而且是內(nèi)部，修復(fù)難度極大容易造成鑄件報廢，危害極大，冒口和氣眼的設(shè)置也是非常重要的，冒口除了補(bǔ)縮作用之外還有一個非常重要的任務(wù)就是排氣作用。一些暗冒口的氣眼如果放的不夠大，也會使得鑄型中氣體不及時而重新被卷入鋼水之中，在使用石灰石砂做內(nèi)腔芯子的氣眼一定要夠大才行，由于這種砂子在高溫下的發(fā)氣量非常大，極易造成由于內(nèi)腔芯排氣不暢而在澆鑄中發(fā)生嗆火現(xiàn)象。終使得鑄件上表面出現(xiàn)大面積的蜂窩狀氣孔，這種問題容易使鑄件報。
