铸造行业产品元素分析解决方案

　　一、概述

　　铸造是机械制造工业毛坯和零件的主要供应者，铸件在机械产品中所占的比例大，在一般机器中占总质量的 40% ~ 80%, 而制造的成本只占机器总成本的 25% ~ 30%。成本低廉的原因是1.可大量利用废、旧金属材料 2.有一定的尺寸精度 , 节约加工工时和金属材料。因此铸造产业在国民经济中占有极其重要的地位。

　　铸造企业大致分为铸钢(铸造碳钢、铸造低合金钢、铸造特种钢)、铸铁(灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁)、铸铝(铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金)、铸铜(黄铜、紫铜、白铜、青铜)。广泛用于汽车、船舶、冶金、航空、铁路、飞机、造纸、医药、建筑等行业，每种铸件在使用中有相应的牌号和元素的含量要求，铸造企业对生产的铸件的材质检验是确定铸件用途的主要依据。

　　二、 确定分析目标

　　1.铸造企业的产品及用途

　　1)铸钢企业产品及用途：

　　(1)碳钢。是碳含量小于0.5%的普通钢，含碳小于0.2%的为铸造低碳钢，含碳0.2%～0.5%的为中碳钢，含碳大于0.5%的为高碳钢，随着碳元素含量的增加，钢的质地会变硬。在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等;在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。

　　(2)低合金钢。含有锰 、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%，具有较大的冲击韧性，并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能，能减小零件质量，提高使用寿命。

　　(3)特种钢。为适应特殊需要而炼制的合金铸钢，品种繁多，通常含有一种或多种的高量合金元素，以获得某种特殊性能。例如 ，含锰11%～14%的高锰钢能耐冲击磨损，多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件;以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢，用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件，如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。

　　(4)不锈钢按成分可分为Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni(200系列)、耐热铬合金钢(500系列)及析出硬化系(600系列)。

　　2)铸铁企业产品及用途

　　(1)灰口铸铁。含碳量较高(2.7%～4.0%)，碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低(1145～1250℃)，凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。

　　(2)白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。

　　(3)可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。

　　(4)球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。

　　(5)合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素(如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等)获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。

　　3)铸铜企业产品及用途：

　　(1)白铜：以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金称普通白铜;加有锰﹑铁﹑锌﹑铝等元素的白铜合金称复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。这种白铜广泛用於制造精密机械﹑眼镜配件、化工机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热电性能。锰铜﹑康铜﹑考铜是含锰量不同的锰白铜﹐是制造精密电工仪器﹑变阻器﹑精密电阻﹑应变片﹑热电偶等用的材料。

　　(2)黄铜：以锌作主要添加元素的铜合金﹐具有美观的黄色，统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於36%的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42%之间的黄铜合金由和固溶体组成，其中最常用的是含锌40%的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添加其他元素，如铝﹑镍﹑锰﹑锡﹑硅﹑铅等。铝能提高黄铜的强度﹑硬度和耐蚀性﹐但使塑性降低，适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性﹐故称海军黄铜，用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能;这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。 船舶常用的消防栓防爆月牙扳手，就是黄铜加铝铸造而成。

　　(3)紫铜：高品质红铜纯度高，组织细密，含氧量极低。无气孔、沙眼、疏松，导电性能极佳，适合电蚀刻模具，经热处理工艺，电极无方向性，适合精打，细打。 参考参数：Cu≥99.95%。

　　(4)青铜：青铜原指铜锡合金，后除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造性能﹑减摩性能好和机械性能好，适合於制造轴承﹑蜗轮﹑齿轮等。铅青铜铜合金消防栓扳手是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。

　　(5)铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮﹑轴套﹑船用螺旋桨等。

　　(6)磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件，

　　(7)铍青铜还用来制造煤矿﹑油库等使用的无火花工具。

　　(8)铍铜是一种过饱和固溶体铜基合金，是机械性能，物理性能，化学性能及抗蚀性能良好;粉末冶金制作针对钨钢，高碳钢、耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时，因普通电极损耗大，速度慢，钨铜是比较理想材料。

　　4)铸铝企业

　　(1)铝硅合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10%～25%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。

　　(2)铝铜合金，含铜4.5%～5.3%合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。

　　(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。

　　(4)铝锌合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。目前基本的合金只有以下6类;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%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金

　　2.铸造企业产品种类及分析目标：

　　1)铸钢企业 铸钢企业铸件要求分析项目：

　　铸钢企业铸造要确定铸钢种类对其进行化学成分分析

　　碳钢分为一般有15#钢~45#钢，一般只要求分析碳钢中碳、硫、锰、磷、硅元素，低合金钢除了对上述五元素分析外还有铬、镍、钼、铜;特种钢主要有碳、硫、锰、磷、硅、铬、镍、钼、铜、钛、钨等元素。

　　2)铸铁企业 铸铁企业铸件要求分析项目：

　　铸铁企业铸造要确定铸铁种类对其进行化学成分分析

　　灰口铁、白口铁、可锻铸铁一般只要求分析碳、硫、锰、磷、硅元素;球墨铸铁除了对上述五元素分析外还有稀土总量和镁元素测定;合金铸铁主要有碳、硫、锰、磷、硅、铬、镍、钼等元素。

　　灰口铁、白口铁等普通生铁也是对锰、碳、硫、磷、硅五个元素的分析，合金类如高铬铸铁、球墨铸铁等一些合金铸铁除了检测五个元素外还有铬、镍、钼其他元素及球化率检测。

　　3)铸铜企业 铸铜企业铸件要求分析项目：

　　铸铜企业铸造要确定种类对其进行化学成分分析

　　铜合金分为很多种类，一般检测元素是根据所生产产品进行选择性检验，如黄铜牌号59黄铜、69黄铜对铜含量的分析;紫铜的杂质元素分析;磷青铜、锡青铜的磷、锡元素的分析等等。对于铜合金企业检测产品分为炉前控制和炉后分析。

　　4)铸铝企业 铸铝企业铸造要确定种类对其进行化学成分分析

　　铝合金生产企业一般铝合金常规元素有硅、铁、铜、锰、镁、钛，其他元素根据企业所生产产品要求选择性检测,铝合金铸造企业分析元素采用化学分析因样品溶解时间较长，不能分析炉前快速分析产品控制的，只能采用光谱分析仪对产品进行快速检验，而化学分析只能分析成品。