金相分析在阀门铸钢件质量控制中的作用.pdf

金相分析在 阀门铸钢件质 量控制 中的作用 陆文斌 ，陈润福 ，张安平 上海沪航 阀门有限公司 ，上海 2 0 0 1 3 5 摘要本文阐述了利用金相分析方法，从显微组织来验证热处理工艺和发现铸钢件可能存在的 铸造缺 陷或 不足 。通过金相 分析法可以 了解热处理工 艺状 态、热处理的操作质量 、内部缺 陷的 工艺等级和造成失效的原 因。在实际生产中，同时运用力学性能检测和金相分析法，可起到控 制 阀 门铸钢件质量 的 目的。 关键词显微组织；晶粒度；热处理；夹杂物 中图分类号 T G 1 1 5 ． 2 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 3 - 3 3 2 0 2 0 1 6 0 2 - 0 0 3 1 - 0 3 T h e Rol e o f Me t a l l og r a p h i c An a l y s i s i n t h e Qu a l i t y Co n t r o l o f Ca s t St e e l Va l v e L U We n b i n ， CHE N Ru n f u ， ZHANG An p i n g S h a n g h a i H u h a n g V a l v e Co ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 1 3 5 ， C h i n a Abs t r a c t Th e mi c r o s t r u c t u r e o f t h e h e a t t r e a t me n t p r o c e s s a n d t h e p o s s i b l e c a s t i n g d e f e c t s o r d e fi c i e n c i e s i n c a s t i n g s t e e l c a s t i n g s h a v e b e e n v e r i fi e d b v me a n s o f me t a l l o g r a p h i c a n a l y s i s me t h o d ． T h e p r o c e s s c o n di t i o n O f h e a t t r e a t me n t t he o p e r a t i o n q ua l i t y of he a t t r e a t m e nt t h e p r o c e s s l e ve l o f i n t e r na l d e f e c t a n d t h e c a u s e o f f a i l u r e c a n b e u n d e r s t o o d t h r o u g h t h e me t a l l o g r a p h i c a n a l y s i s me t h o d ． I n t h e a c t u a l p r o d u c t i o n ， t h e u s e o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s t e s t i n g a n d me t a l l o g r a p h i c a n a l y s i s a t t h e s a me t i me c a n b e u s e d t o c o n t r o l t h e q u a l i ty o f c a s t s t e e l v a l v e ． Ke V wo r d s me t a l l o g r a p h i c s t r u c tur e g r a i n s i z e ； h e a t t r e a t me n t i n c l u s i o n 阀 门铸 钢件 通过适 当 的热 处理方 式 ，可 以改 变 或保 持有 利于铸 钢件 的 内部 组织 ，使 阀门铸钢 件 的力 学性 能予 以提高 ，并符 合在一 定 的温度 和 压力环 境 下 的使 用要求 。而金 相分 析则是检 验与 分析铸 件 热处理 状态 的有效方 法 ，可帮助人 们从 微观 了解铸 钢件 内部组 织和热 处理状 态 ，达 到安 全使用 阀门铸钢件 的 目的。 1 金 相分 析 的作 用 1 ． 1 了解铸 钢件 热处理 工艺状 况 要确 保铸钢 件质 量和安全 可靠 ，必须进 行合 适 的 热处 理 。如W C B钢 铸件 ，一 般采 用 正 火工 艺 ，显微 组织 为粒状 铁素体 珠光体 ，晶粒度 一般 为7 ～8 级 。如采 用 退火 工艺 ，则 为 片状铁 素体 珠光 体 ，晶粒度 要粗 一级 ，力学 性能不及 正火 。 如 不进行 热处 理 ，显 微组织 为铸 态 的枝 晶状粗 晶 粒 ，力学性 能很差 ，远不 能达 到技术指 标 。通过 金相 分析 ，就 能够判 断 出铸件供 应商 是用 了哪种 热处理 工艺 ，或根本就 没有进行 热处理 ，从 中可 掌握铸件的质量状 】 。 再如 ，一般 阀杆都是用2 0 C r l 3 钢制 作 ，热处 理工艺为调 质 淬 火 高温 回火 ，得到 的显微组 织为回火索 氏体 ，晶粒度一般可达9 ～l 1 级 ，力学 性能满足 技术指 标 。但 如果只采用 高温 回火 ，晶 粒度就 显得稍粗 ，只有6 ～7 级 左右 ，力学性能尤 其是 冲击性 能就会 比调质差 ，通过金 相分析 ，完 全可 以掌握 热处理 的状态 。 当然 ，对于镍 基合金 是例外 ，因为无论采取 何种 热处理 形式 ，基 体都是 奥 氏体 也称单一 固 溶体 组织 。 1 ． 2 了解铸钢件热处理操作质量 通过金 相分析 还可掌握 热处理工 艺 的实 际执 收 稿 日期 2 0 1 5 - 1 2 2 9 作者简介陆文斌 1 9 5 3 一，男，工程师，从事阀门金属材料研究和质量工作。 z。 e年 第 z期I 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 画 铸 造 工 程 Foundry EngiBeering 行 状 况 。如WCB钢 铸件 一 般采 用9 0 0 ℃左 右 正 火 ，但如 果加 热温 度不 到A 相 变线 以上 ，或 保 温时 间不足 ，碳化物 未能充分溶解 于奥 氏体 中 ， 冷却后金 相分析 ，其 显微组织是残 留铸态枝 晶组 织 ，晶粒度粗大到无 法评级 ，力学性能大 大低于 技 术指 标 。WCB钢铸 件 制作 承 压壳 体 ，在 高压 工况 条件下使用 ，如果在 管路 中遇上霎 时高压冲 刷 ，未经合适热 处理的承压 壳体 ，会破裂 泄漏 ， 严重 的会引发事故[ 2 ] 。 又如 ，C F 8 等 不锈钢铸件 ，如采 用退火 工艺 缓冷代替固溶处理工艺 快冷 ，那么退火后 的显微组织不可能是单一的奥 氏体组织 ，会存在一 定数量的铁素体 ，晶粒度 比固溶处理更粗 ，更 由于 铁素体的存在 ，将影响钢的耐腐蚀性能[ 3 ] 。 1 ． 3 了解铸钢件 内部缩孔夹杂等铸造工艺状况 由于 铸 钢 件在 工 艺 和 浇 冒 口设 计 中的某 些 不足 ，会 导致铸钢件 出现缩孔 、缩松和 非金属夹 杂物等缺 陷 。这些缺 陷的存在 ，破 坏 了金属基 体 的连续 性 ，形成 的空穴、尖锐 角在热处理 时会 因 为应力 极易产生裂纹 ，在承受载荷 和冲击 时就会 导致铸 钢件断裂 失效 。因此 ，对使 用于抗硫 、加 氢 、高温 、高压和低温 等特殊 工况条件下 的阀 门 承压铸 钢件 ，一般 要求在铸件 热节部位做 拍片处 理 ，并规定缺 陷的等级。 例如，许多阀门的招标书中规定 ，铸钢件 中硫 化物 、氧化铝 、硅酸盐、球状氧化物 、单颗粒球状 类等夹杂物各单项含量应≤2 级，总含量应≤5 ． 5 ～6 ． 0 级。有抗硫要求的，硫化物含量还会被要求≤1 ． 5 级。 铸钢件拍片也对缺 陷规定了相应等级， H J B ／ T 6 4 4 0 2 0 0 8 阀门受压铸钢件射线照相检验 ，美 标AS T M E 4 4 6 2 0 1 0 厚度不大于 1 英寸的铸钢件 的参考射线底 片等 。许多标书最低 都要求在3 级 以上 ，严苛工 况条件 的要求2 级以上 ，焊接坡 口部 位甚至要求达到 1 级 。 1 ． 4 了解铸钢件失效的原因 承压铸钢件 在运行 中如果发生 了非正常 的断 裂 或破 损而失效 ，可 以通过金 相分析来 了解 铸件 失效 的真 实原因 ，从而 找到避免再犯 的方法 。阀 门常见 的断裂失效形 式主要有 ① 阀体 阀盖 的爆 裂 ；② 阀杆的弯 曲或 折断 ；③栓接件 的断裂 ；④ 闸板T型槽 的断裂 ；⑤密 封面 咬合撕 裂 ；⑥ 特殊 工况下S S C、S CC、HS C、HI C等形式的开裂 。这 些失效 的零件 经过金相 分析 ，一般都 能找到 失效 的真正 原因 ，帮助人们 在铸件材料使 用 、工作环 境、生产 工艺、尺寸 设计等各环节上 作 出合理 的 改进，消除安全隐患。 2 常用阀门铸件显微组织评级与合格级别 常用 阀门铸件金 相组织评级 与合格级别 参 考 见表2 。 合肥丰里达铸造材料工贸有限公司 专业产品铸造涂料 特别推荐浅色醇基V 法涂料 本 公 司 前 身 为 合 肥 中 市 强 力 新 型 材 料 厂 。 主 要 产 品 为 铸 造 涂 料 ， 包 括 石 墨 、 棕 刚 玉 、 锆 英 粉 、镁橄 榄石 、铬铁矿 涂料 。其 中浅色 醇基v法造型涂 料 已在合 肥铸锻厂 和 中 日合 资安东铸 造有 限公 司 长期用 于 浇注叉 车平 衡重铸 铁件 。该涂料 涂挂 性好 ，抗粘 砂 能力 强 ，浇 注后 能在 铸件 表面 形成 易 剥 离 的烧 结 层 ， 从 而 减 轻 了清 砂 劳 动 ； 同 时 不 含 石 墨 ， 有 利 于 环 保 。该 涂 料 于 2 0 0 7年 通 过 省 级 鉴 定 证 书编 号 0 7 ． 0 9 0 。 0 1 。 本公司与合肥工业大学、合肥铸锻厂共同研制的水基铸铁消失模涂料已于 2 0 0 1 年 6月通过省级鉴定 鉴定 证书号 0 1 ． 1 4 6 ． 0 1 ，并在合肥铸锻厂等单位用于浇注制动鼓、变速箱体等铸件。该涂料流变性好，附着力强， 涂层透气性好。浸涂时，能在泡沫塑料模样表面形成均匀而牢固的涂层。浇注后，涂层易剥离，铸件无粘砂、气 孔、渣孔等缺陷。 2 0 1 2 年本公司研制成功粉状v 法涂料。该涂料只需添加乙醇 或甲醇经高速搅拌后即可使用，性能 良好， 适用长途运输，深受外省 市用户欢迎。铬铁矿涂料具有 良好的抗渗透性，适用涂挂易被铁水渗透的砂芯。 欢迎广大新老用户来电来函联系 厂址合肥市合瓦路岗集镇龙岗村 电话0 5 5 1 6 6 7 7 9 8 9 1 6 2 9 0 9 4 1 7 手机 1 3 9 5 5 1 9 6 1 2 2 传真0 5 5 1 - 6 2 9 0 9 4 1 7 3 2 I z。 e年 第 z期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 金相分析在阀f ．1 铸 表2 常用阀门铸件显微组织评级与合格级别 参考 3 铸钢件力学性 能与金相检验关系 一 般情 况下 ，合 同中未 注 明需要对铸钢 件进 行金相 检验 的 ，应 以该铸钢 件 的常规力 学性能指 标为准 抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断 面收缩 率 、冲 击韧度 、硬度 ，阀 门制造 商进行 铸件金 相分 析是监 控 阀门中主要 零部件 的 内在质 量， 了解特 殊工序 工艺执行状况 。 在铸 钢件金 相分析 实践 中，如 出现 评级不 合 格 ，但 铸件 的力 学性能却 是合格 的 ，只 要合 同里 没有 明确规 定铸件 金相组 织级别 的 ，习惯上还 是 以力 学性 能指标 合格 为准 。又 如 ，双相 不锈钢 中 铁素 体含 量偏 高 不超 出上 限 引起 晶粒粗大 ， 但力 学性 能合格 的 ，在 不影 响耐腐蚀情 况下 ，也 可 以接受 。 4 结语 铸 钢件 的显微组织 直接影 响到铸钢件 的力学 性 能和 使用寿 命 ，金相 分析是 非常有用 的科学手 段 ，在 实 际生 产 中运用 力学性 能检测和 金相分析 法相 结合 的方 式 ，可作 为控制 阀 门铸钢件 质量 的 有效工具。 参考文献 [ 1 ] 张博． 金相检验[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 9 ． 【 2 ]李炯辉． 金属材料金相 图谱[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 00 6． [ 3 ] 张丈华． 不锈钢及其热处理[ M] ． 沈阳 辽宁科学技术出版， 2 0 1 0． [ 4 ] 叶卫平． 实用钢铁材料金相检验[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0l 2 ． 2 o 1 6 年 第 2 期 I 3 3 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m