铸件检验作业指导书

铸件检验作业指导书
摩迪能源技术服务有限公司
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铸件检验作业指导书
●内容概要
首先对铸件的制造工艺、铸件冷却凝固过程的特点和铸件中的常见缺陷进行了简要介绍，然后对铸钢件情况和铸件对超声波探伤的影响作了简要说明。

最后对矿山破碎机铸件、泵体铸件和海洋沉块铸件的检验项目、遇到的问题和注意事项进行了简要介绍。

一、铸件的制造工艺简介
金属铸件由熔融金属液注入铸模，冷却凝固形成。

按材质分类，有铸钢、铸铁、铸铝、铸铜等不同的金属铸件。

涉及铸造合金及其熔炼，共有以下三方面的内容：
-铸铁合金及其熔炼；
-铸钢合金及其熔炼；
-有色合金及其熔炼
铸造可按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。

重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺。

广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造、泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。

压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）作用下注入铸型的工艺。

广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。

在机械制造、造船工业中以铸钢、铸铁件用的较多，在航空工业中以有色合金件用的较多，汽车工业要用到铸铁、铸钢和铝镁合金铸件。

矿山破碎机铸件中上壳体、下壳体、中壳体、横梁和横梁帽都是铸钢件。

磨煤机中端盖是铸钢件, 大法兰可以是铸钢件，可以由锻件焊接而成。

泵体铸件中有的是铸钢件（如壳体、导流壳和叶轮等），有的是铸铁件（如壳体、导流壳和叶轮等）。

海洋沉块是用于固定系泊链的，要求不高，也不需要机加工，属于要求一般的铸钢件。

铸件的形成过程就是液态金属冷却再结晶的过程，具有以下特点：
①液态金属温度只有在结晶温度（即凝固点或熔点）以下时才产生极小的晶核，随着冷
却时间的延长，温度的降低，晶核数量越来越多；同时已形成的晶核也在长大，直到
液态金属完全结晶成为固态金属时为止。

②液态金属的结晶按树枝状生长方式进行，是先形成主干，然后在主干的垂直方向上生
长出枝干，在此枝干的垂直方向上再生长出分枝干，这样依次进行，好像树枝一样。

树枝间的液态金属最后凝固，但树枝间很难全部由金属液填满，因此会造成铸件普遍
存在的局部不致密性。

另一方面，大多数金属冷却凝固时不可避免的会进行体积收缩，
这进一步助长了组织的不致密性。

③液态金属注入模型后，液态金属进入型腔的先后顺序不一样，各处的温度不完全一致；
显然与模型壁最先接触的一层液态金属温度下降最快，并且模壁上常有大量的固态微
粒，这些都促使其产生极多的晶核，从而使靠近模壁的外层金属成为较细晶粒的结晶。

随着模壁温度的升高，液态金属在与模壁垂直的方向上缓慢冷却，晶体也在同一方向
上长大而形成所谓柱状晶区，此后，模型温度已得到升高，金属温度在各个方向上差
别不大，且缓慢冷却，从而形成等轴晶区。

由于这种结晶特点，铸件截面上金属组织
的不均匀性是不可避免的。

④铸铁中碳含量本身较高，其中石墨往往以较大尺寸片状、蠕虫状、球状存在于铁素体
之间，这也可以看成一种“不致密”的表现。

⑤金属铸件的铸造过程属于特殊过程，因此也就具备了特殊过程的以下特点：
–所关心的特性在流程过后将不存在；
–测量方法不存在，或者测量方法对产品是有破环性的；
–过程的结果在后面的检验或试验中不能测量。

实际上铸件的检验不单单是对铸件外观、尺寸、理化试验、无损检测等方面的检验，往往涉及到焊接和热处理方面的检验，焊接和热处理同样也属于特殊过程，所以也同样具备特殊过程的以上特点。

一般需要通过对特殊过程实施确认来证实特殊过程的能力。

二、铸件中的常见缺陷
铸钢件中的常见缺陷有气孔、夹杂物、缩孔、疏松、偏析、收缩裂纹和白点等。

气孔是由于金属液含气过多、模型潮湿逸出气体以及模型透气性不好造成的。

模型型砂、泥芯剥落而生成的夹砂，一般多见于铸件近表面，尺寸大的夹砂沉于铸件接近底部。

缩孔和疏松都是金属凝固时收缩力和金属补充不足所导致的缺陷。

浇注温度不当或模型形式不好时，这样收缩力更大，缺陷越严重。

其中以缩孔最为严重，其次是疏松。

铸件浇冒口及其下部截面最大和最后凝固的部位都是这一类缺陷容易发生的地方。

冷却速度快、几何形状复杂、截面变化大的铸件容易产生收缩裂纹。

白点在某些合金铸件中
（如铬镍钢）有时会产生。

三、铸钢件情况简介
在摩迪公司承揽的铸件检验任务中，铸钢件和其它材质的铸件相比占了最大的比例，因此现将铸钢件情况作一简要介绍。

由于铸钢具有高的强度、塑性和韧性，因而在重型机械行业常用于制造承受巨大载荷的重型零件。

例如轧钢机的机架就是用碳钢铸成的，其重量常达百吨以上。

此外，重型水压机的横梁也是重量在几十吨以上的铸钢件。

在交通运输行业铸钢件的应用也很普遍，例如铁路车辆上有很多受力很大而又承受冲击作用的零件，如摇枕、侧架等。

有些钢种（如高锰钢）具有能抵抗摩擦的特性，所以用来制造在干摩擦(没有润滑条件下经受磨料的摩擦) 下工作的机器零件，例如挖掘机的抓斗前壁及斗齿，圆锥式破碎机的轧臼壁及狼牙板等。

不锈钢对硝酸等腐蚀性介质具有耐蚀性，在化学工业设备中广泛用来制作阀、泵及容器。

此外，耐热钢和耐低温钢用来制造在高温（温度高达800～900ºC）和低温（温度低达-196ºC）条件下工作的机器零件，在加热炉和低温设备上使用。

目前已经有用抗拉强度达到1270MPa的超高强度钢铸成的零件。

由于钢的强度很高，所以在设计上可以大大缩小零件的断面面积，因而使得铸件可以作得很轻巧。

为了生产出质量良好的铸钢件，需要掌握好熔炼、铸造及热处理等一系列环节。

在钢的熔炼方面，不仅要保证炼出的钢液在化学成分上符合要求，而且还应特别重视对钢液采取精炼的措施，以便尽量去除钢液中所含的气体和夹杂物。

在铸造工艺方面，不仅要保证铸钢件在结构和尺寸上符合要求，而且还应特别重视对铸件凝固过程进行控制，以便保证铸件具有良好的内在质量。

只有对铸件的凝固过程进行正确而有效的控制，才能得到组织致密、无缩孔和裂纹等内部缺陷的铸件。

通过热处理能够改善钢的金相组织，提高其机械性能及其它的特殊使用性能（如抗磨性和耐蚀性的）。

通过热处理还能消除在铸造过程中产生的铸造应力，防止铸件产生变形和开裂。

四、铸件对超声波探伤的影响
由于铸件的制造工艺和成形特点，给铸件的超声波探伤也带来一些困难因素。

例如铸件金属晶粒粗大，晶界面上散射强烈，造成杂波干扰增多，降低了超声波的穿透性。

随着探测频率的提高，这种草状回波也更多，因此，不得不使用较低的探测频率。

但使用较低频率，超声波声束指向性变差，也会降低缺陷的分辨能力和检测精度。

铸件内部组织的不均匀性使随探测距离变化的反射脉冲的高度不能按正常的声场变化规律进行。

铸件的另一特点是有些铸件形状复杂，复杂的形状容易产生非缺陷信号，如容易产生轮廓回波、迟
到回波等。

此外，铸件未经加工的粗糙表面会降低声能的传递效率，导致检测灵敏度下降。

综上所述，铸件晶粒粗大、内部金属分布不均匀、铸件形状复杂、表面粗糙等因素都会给超声波探伤带来不利影响。

但铸件质量一般要求较低，允许存在的单个缺陷尺寸往往较大，或数量较多。

很大一部分的铸件探伤属于工艺性预检，只要求检出危险性缺陷，加以控制修补。

五、矿山破碎机铸件的检验
矿山破碎机铸件主要包括上壳体、中壳体、下壳体、横梁和横梁帽。

通常出口的矿山破碎机铸件吨位比较大，大型上壳体、中壳体、下壳体通常每件在100吨以上；横梁吨位较小，但每件也有几十吨，横梁帽吨位最小。

铸件材质通常由客户在相关技术规范和图纸中作出规定, 出口的矿山破碎机铸件材质一般执行美国材料试验协会ASTM A27标准，材料等级为70-40MPa。

主要制作工艺流程如下：
工艺设计→木型制作→造型→熔炼、浇注（成分分析）→清砂→切割浇冒口→热处理（性能试验）→外观检验→划线、粗加工→无损检测（通常是磁粉和超声波检测）→挖缺陷、磁粉检测、焊补→消除应力热处理→无损检测→半精加工、精加工→尺寸检验→试装→油漆→保护、包装、标记(包括竣工资料审核) →发运。

需要说明的是这一项目是常驻检验，客户要求同时还有催交的任务，除了写周报外，每天针对各种零件的详细进展情况都要求写日报，但主要任务还是检验。

按照“检验和试验计划”要求，检验范围如下：
1、审查麦格玛（Magma）凝固模拟检验结果：
客户订购的破碎机是用于破碎金矿矿石的。

因客户和制造厂有长期的合作关系，应客户要求专门高价从美国买了一套麦格玛（Magma）凝固模拟软件。

当然现在国内一些大专
院校也开发了铸件的凝固模拟软件，但在凝固模拟准确性方面不如麦格玛（Magma）凝固
模拟软件。

该软件的目的是在给定的造型材料、造型方法、浇冒口设置系统和选定的浇注
工艺参数情况下来模拟每个铸件容易产生缺陷的部位或区域，达到改进工艺设计，防止造
型浇注后产生缺陷。

如果凝固模拟的结果显示产生缺陷的部位较多或者单个缺陷较大，主
要改进浇冒口设置系统和选定的浇注工艺参数，直到最终达到满意的结果。

随后的造型材
料和造型方法选择、浇冒口系统设置和浇注工艺参数选择要参考凝固模拟时的情况，即先
进行凝固模拟，再进行造型和浇注。

大型铸件最容易产生的缺陷是缩孔和缩松，往往产生
在铸件厚大部位，如铸件浇冒口及其下部截面最大和最后凝固的部位都是这一类缺陷容易
发生的地方。

为了避免产生此类缺陷，一般是通过加强冒口补缩或加设冷铁加速冷却来达
到目的，或者两者兼而有之。

如前所述，金属铸件的铸造过程属于特殊过程，进行凝固模拟的目的就是为了事先预防，尽可能避免造型浇注后产生缺陷。

2、外观检验：
外观检验通常要求执行MSS SP-55标准---- 有关阀门、法兰、管件和其他管道部件的铸钢件质量标准。

需要说明的是，这一标准是铸钢件外观检验非常常用的一个标准。

对于每种可接受的外观缺陷都有图片可以参照，同样对于每种不可接受的外观缺陷也有图片可以参照。

要求没有粘砂、鱼鳞状表面、裂纹、热泪、缩孔、芯撑、夹杂和表面气孔等缺陷。

有些外观缺陷是可以返修的，如表面夹砂和夹渣可以打磨，较深的缺陷只能挖掉再焊补。

焊补后要求进行消除应力热处理和相应的无损检测。

芯撑是造型时用到的小工具，支撑型芯或支撑芯子与芯子，防止浇注时型芯变形造成最终铸件尺寸超差，浇注后要较好的熔在铸件中。

3、审查焊接工艺指导书（WPS）和焊接工艺评定记录(PQR)
这里所指的焊接工艺指导书是指焊接返修程序文件，因为是铸件的焊补。

审查焊接工艺评定记录时，需要查看焊接工艺评定是依据哪个标准进行的评定，焊接工艺指导书和焊接工艺评定记录是否有能够对应起来。

另外，需要查看焊接工艺指导书和焊接工艺评定记录的项目是否有漏项。

审查焊接工艺指导书时，可关注内容是否正确，是否包括以下因素：
- WPS依据的标准；
- WPS号/版本，所支持的PQR号；
- 母材及填充金属；
- 焊接工艺参数；
- 合格的母材厚度；
- 是否需要焊后热处理；
- 客户审核、批准状态（如客户已批准，遵照执行即可）。

4、审查热处理程序和热处理曲线
矿山破碎机铸件执行的是美国材料试验协会ASTM A27标准，材料等级为70-40MPa。

该标准并没有指定制造厂必须采取哪一种热处理方法，可选择退火，或正火，或正火+回火，或淬火+回火，由制造厂来定，但要满足标准规定性能要求。

审查热处理程序需查看客户审核、批准状态，如客户已批准，遵照执行即可。

审查热处理曲线要仔细核对实际温
度曲线是否在热处理程序要求的范围之内。

5、审查化学成分和机械性能试验报告
如上所述矿山破碎机铸件执行的是美国材料试验协会ASTM A27标准，材料等级为70-40。

对于铸件的化学成分，在标准中规定了含量范围，审查化学成分要查看是否规定的成分范围即可。

需要注意的是大型上壳体、中壳体、下壳体铸件实际化学成分可能每件有两个熔炼分析结果。

因为大型铸件可能是分两炉同时熔炼的，浇注时同时从两个浇口盆进行浇注；由于一炉熔炼的钢水满足不了要求（需要钢水量大），而熔炼成分分析是从浇包取样的，有两个熔炼分析结果才属于正常的情况。

在标准ASTM A27中对于铸件的机械性能规定了要求，审查实际性能指标时要查看是否规定的范围内即可。

这些指标包括抗拉强度指标、屈服强度、延伸率和断面收缩率。

另外该项目客户对硬度指标没有要求。

但有的客户只从铸件制造厂订购铸件毛坯，客户自己进行机加工或转到其他厂进行机加工，考虑到机加工时的要求，很可能对热处理后硬度要求作出规定。

这种情况下按规定硬度指标检查即可。

6、审查无损检测程序（磁粉探伤程序和超声波探伤程序）
因为客户对此项目很重视，所以要求制造商事先编制磁粉探伤程序和超声波探伤程序，并要求客户批准。

实际上客户批准了磁粉探伤程序和超声波探伤程序，在随后见证无损检测过程时按照上述程序执行就可以了。

7、见证无损检测和审查无损检测报告（MT报告和UT报告）
①本项目按照磁粉探伤程序的规定，磁粉探伤先后进行三次：
（1）铸件粗加工后，要求机加工表面和重要区域进行磁粉探伤，如有缺陷要打磨掉或挖掉。

打磨掉或挖掉缺陷后还要进行磁粉检测，检查缺陷是否被完全清除掉。

相应在焊补前要作缺陷图，记录缺陷的位置和尺寸，缺陷图最后要收入到竣工资料中。

（2）焊补完成后按规定对焊补区域进行磁粉探伤，然后进行消除应力热处理，在热处理之后还要对焊补区域进行磁粉探伤。

（3）相对应的是每件铸件要有三份磁粉探伤报告。

因为见证了磁粉探伤过程，所以审查磁粉探伤报告相对就容易一些，查看是否如实记录了超标指示内容，超标指示处理掉后是否又进行了检测，是否和缺陷图能够对应起来等等。

②按照超声波探伤程序的规定，需要先后进行至少两次：
（1）铸件粗加工后，要求机加工表面和重要区域进行超声波探伤，如有缺陷要打磨掉或挖掉。

（2）焊补完成后按规定对焊补区域进行超声波探伤合格后才能进行消除应力热处理。

（3）相对应的是每件铸件至少要有两份超声波探伤报告，如有返修，补焊后还要进行超声波探伤。

因为见证了超声波探伤过程，所以审查探伤报告时要查看是否如实记录了超标指示内容，是否和缺陷图能够对应起来，返修区域是否又进行了超声波探伤等等。

8、尺寸检验
上述铸件是要进行部分机加工的，实际上制造厂在机加工方面分三道工序：粗加工、半精加工和精加工。

要求按照图纸对铸件的关键尺寸进行检验，当然是见证工厂检验员的检验，例如对机加工尺寸和总体尺寸的检验。

需要注意的是尺寸检验需要在大的基础平台上进行，尤其涉及到一些垂直方向的尺寸。

另外就是重要尺寸要重点关注，如一些配合尺寸（通常在图纸上要标出公差范围）。

在铸件刚机加工完毕，在机床基础平台上测量尺寸可以进行，但测量的尺寸为参考值。

因为机加工时会产生热量，这时测量的尺寸不十分准确。

要等零件完全冷却到常温时再次测量尺寸，最终的尺寸要以温度降至常温时测量的为准。

9、试装
因为此项目比较特殊，中壳体因尺寸较大，客户考虑运输方便将中壳体分成了两件。

首先半精加工完成后进行的两件中壳体的试装，在试装以前要准备好销键和螺栓螺母等附件，试装后主要按照图纸检查配合尺寸、配合面是否达到要求，然后对中壳体整体进行最终精加工。

等上壳体、中壳体和下壳体精加工完毕要进行三种铸件试装，按图纸检查配合尺寸是否达到要求，法兰每个连接孔要用事先作好的销子穿一下，查看圆周外部轮廓和内部轮廓是否超出要求等等，参见所附照片1-5和1-6。

10、检验的注意事项
①铸件表面通常粗糙，在外观检验时要注意对照MSS SP-55标准是否存在有超标缺陷。

②因为属于机加工件，同时铸件尺寸很大，需要注意的是尺寸检验需要在大的基础平台上进行，尤其涉及到一些垂直方向的尺寸。

另外就是重要尺寸要重点关注，如一些配合尺寸（通
常在图纸上要标出公差范围）。

③横梁铸件出于工艺的需要造型浇注时预留了一个出砂孔，因为中间是空心的，是为了将
内部砂子清理出来。

将砂子清理后，这个出砂孔需要封上，只能通过加镶块焊接上，见照片1-1。

值得注意的是镶块的焊接需要对横梁和镶块整体预热（技术规范有此要求），因为焊补程序是这样规定的，可用测温笔检查预热温度、层间温度是否达到要求。

11、参考照片
图片1-1横梁镶块的焊前组对图片1-2 补焊中的横梁
图片1-3 下壳体挖掉的2# 缺陷
图片1-7 补焊中的下壳体图片1-8油漆后的下壳体
六、泵体铸件的检验
本案例中泵体铸件是美国一公司在中国采购的铸件，包括两种规格的导流壳、喇叭铸件和叶轮。

导流壳和喇叭铸件为普通灰铸铁件，执行的是美国材料试验协会ASTM A48标准，材料等级为30。

叶轮为CrNiMo合金铸钢件，执行的是美国材料试验协会ASTM A743标准，材质为CA6NM。

要求的检验范围如下：
1、外观检验：
外观检验要求执行MSS SP-55标准---- 有关阀门、法兰、管件和其他管道部件的铸钢件质量标准。

如上所述，这一标准是铸钢件外观检验非常常用的一个标准。

虽然导流壳
和喇叭铸件为普通灰铸铁件，但客户在给定的标准工作指导程序上也指定外观检验适用此
标准。

导流壳、喇叭铸件和叶轮铸件对外观要求较高，要求没有粘砂、鱼鳞状表面、裂纹、热泪、缩孔、芯撑、夹杂和表面气孔等缺陷。

有些外观缺陷是可以返修的，如夹砂和夹渣
可以打磨。

但在关键部位有些缺陷是不能存在的，例如在叶片的长度和宽度方向上不能存
在裂纹、热泪、折叠、冷隔缺陷。

2、尺寸检验
上述铸件是要进行部分机加工的。

要求按照图纸对铸件的关键尺寸进行检验，例如对机加工尺寸和总体尺寸的检验。

需要注意的是客户要求对叶片厚度和叶片间距进行检查。

要求测量叶片前缘厚度、中间叶片厚度和出口端叶片厚度，尺寸偏差控制在基本尺寸的±10%。

叶片间距尺寸偏差控制在基本尺寸的±5%。

3、审查热处理曲线、化学成分和机械性能试验报告
①审查热处理曲线
热装到导流壳、喇叭铸件的耐磨环为Cr/Ni/Mo合金铸钢件，需要机加工，执行的是美国材料试验协会ASTM A743标准，材质为CA6NM。

同样叶轮也为CA6NM。

耐磨环和叶轮都需要热处理（正火+回火），值得注意的是ASTM A743标准对回火最低加热温度和回火出炉温度有要求。

要求回火最低加热温度至少为1010ºC，同时要求回火冷却到95ºC 或以下再出炉，回火次数没限制，可以进行两次回火，但是最终回火要求在565 ºC ~ 620ºC之间。

所以审查热处理曲线时要仔细核对实际温度曲线是否在标准要求的范围之内。

②审查化学成分和机械性能试验报告
导流壳和喇叭铸件为普通灰铸铁件，执行的是美国材料试验协会ASTM A48标准，材料等级为30。

对于灰铸铁件的化学成分，在标准中没有规定实际含量，只是说明要依据客户和供应商的协议。

针对此项目，客户对于灰铸铁件的化学成分并没有规定成分范围，所以在报告中只备注说明这些要求即可，主要是性能指标要满足要求。

因为灰铸铁件属于脆性材料，其机械性能指标中只有抗拉强度指标，没有屈服强度、延伸率和断面收缩率指标。

在标准ASTM A48中也没有对硬度的要求，但是客户在订单中对硬度指标有特殊要求，要求最大布氏硬度为HB250，所以硬度指标是否满足要求也需要审查。

CrNiMo合金铸钢件，如耐磨环和叶轮在标准ASTM A743中规定了成分范围，所以审查合金钢件的化学成分时要核对每一元素是否在标准要求的范围之内。

在标准ASTM A743中对CA6NM材质的机械性能指标包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率，审查性能指标对照标准要求即可。

在标准ASTM A743中对CA6NM材质的硬度要求是最大不超过HB285，但是客户对硬度指标有特殊要求，要求最大布氏硬度范围为HB375 ~ HB425，即硬度比标准要求的要高，这只能通过热处理来达到。

4、审查焊接工艺指导书、焊接工艺评定记录和焊工评定记录
审查焊接工艺指导书时，应关注内容是否正确，是否包括以下因素：- WPS依据的标准；
- WPS号/版本，支持的PQR号；
- 母材及填充金属；
- 焊接工艺；
- 合格的母材厚度；
- 是否需要焊后热处理（一般都补焊后都需要）
5、见证导流壳的水压试验
本项目中导流壳需要做水压试验，而喇叭铸件和叶轮铸件则不需要。

众所周知水压试验要在外观检验和尺寸检验合格后进行，水压试验的见证按照文件要求执行，检查有无渗漏。

6、审查焊补缺陷图和着色渗透探伤报告
客户要求焊补缺陷图要包括缺陷的尺寸（长宽或直径）、深度和位置，所以审查焊补缺陷图要注意是否包括上述内容。

另外，对于主要的缺陷焊补前要做出缺陷图报告给客户，由客户批准是否可以进行焊补。

如果客户认为不能焊补，那只能报废了。

客户要求所有机加工表面和焊补区域都要进行着色渗透探伤。

审查着色渗透探伤报告相对来说比较简单，但要注意内容是否正确，是否有漏项，如对比试块、表面状况、显像方式、渗透时间、干燥时间、显像时间和接收标准等内容是否在报告中有所体现。

7、检验的注意事项
①铸件表面通常粗糙，在外观检验时要注意对照MSS SP-55标准是否存在有超标缺陷。

审查焊接工艺指导书、焊接工艺评定记录和焊工评定记录时，需要查看焊接工艺评定和焊工评定是依据哪个标准，焊接工艺指导书和焊接工艺评定记录是否能够对应起来。

另外，需要查看焊接工艺指导书、焊接工艺评定记录和焊工评定记录的项目是否有漏项，如有在报告中要指出来。

②因为属于机加工件，需要注意的是尺寸检验需要在基础平台上进行。

③值得注意的是ASTM A743标准对CA6NM材质的回火最低加热温度和回火出炉温度有要求，所以审查审查热处理曲线要仔细核对实际温度曲线是否在标准要求的范围之内。

8、参考照片。