国家标准《灰铸铁件》解读.docx

1、国家标准灰铸铁件解读国家标准灰铸铁件解读?756?Ju1.2009VoI.58NO.7国家标准铸铁解读洪晓先,张寅(1.东风汽车有限公司工艺研究所,湖北十堰442001;2.沈阳铸造研究所,辽宁沈阳110022)1标准的历史概况及修订的必要性2新标准和旧标准主要内容的差异20世纪50年代,我国灰铸铁件生产是采用当时原苏联国家标准FOCT1412_48和经修订的FOCT141254铸铁标准.60年代初,我国制定了自己的灰铸铁件标准JB/T297一l962,其基本内容与FOCT14l254完全相同.1967年我国制定了灰铸铁件国家标准,即GB/T9761967荻铸铁件分类及技术条f牛,并于1968

2、年1月试行.标准中按单铸试棒的抗弯,抗拉强度等级,将灰铸铁分为7级,牌号分别为HT10.26,HT1533,HT2040,HT2547,HT3054,HT35.61和HT4068.该标准规定,灰铸铁的力学性能以qb30rnnl单铸试棒的抗拉强度和抗弯强度作为验收依据,以抗拉强度为主.由于抗弯强度试棒不需机加工,实际生产中通常是以抗弯强度作为验收依据,抗拉强度只是在抗弯强度不合格时才测定.GB/T976一l967一直沿用了近20年.到了80年代,改革开放政策促进铸造业有了较大发展,铸件出口也从无到有地发展起来,GB/T9761967已不能满足生产与外贸的需要,1985年GB/T5675-1985

3、铸铁分级应运而生.GB/T5675-1985是等效采用国际标准ISO/DIS185(1983年草案)制定的,但这只是一个牌号分级标准,在技术条款方面仍沿用GB/T976一l967的技术条款.为了方便使用,同时也考虑与球墨铸铁件,可锻铸铁件等国家标准在结构上一致,经国家技术监督局批准,决定编制铸铁件国家标准.1988年6月25日经国家标准局批准发布了GB/T94391988铸铁件,1989年3月1Et实施,GB/T9439-1988是等效采用国际标准ISO/DIS1851983铁件分和ISO/DP7191一l987铸铁件交货通用技术条件编制的,为推荐性国家标准.2001年11月,中国加人世界贸易

4、组织,随之而来国家各项与经贸密切相关的基础标准需要与国际标准接轨.2005年国家标准化管理委员会对铸造国家标准清理评价,决定重新修订灾铸铁件国家标准.GB/T9439-2009等同采用国际标准ISO185:2005,并参考国外先进标准.为提高标准的市场适应性,新国家标准中增加了贸易性的内容,实现从产品型标准向贸易型标准的转变.新标准的主要内容与旧标准基本相近,但几乎在每个章节和条款上表述的方式都有所不同.新标准等同采用国际标准的同时,还保留,完善了旧标准中有利于标准可操作性,完整性的章节.新标准给出了更多的技术指标和数据,在取样要求,试验方法和检验规则等章节将各条款规定的更详细,更明确,在结构

5、编排上也更趋合理.2.1适用范围新版标准规定了灰铸铁的术语和定义,灰铸铁牌号,技术要求,取样要求,试验方法,检验规则,以及铸件标识,包装和储运要求.标准所规定的范围阐述更为具体.2.2规范性引用文件在规范性引用文件中,引用的文件一律采用最新版的标准名称和编号,删除已作废的引用标准.新标准共引用了18项国家标准,全部为非注日期引用.比旧标准多引用的5项标准是:GB/T228金属材料室温拉伸试验方法GB/T4336碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)GB/T5611铸造术语GB/T8170数值修约规则GB/T11351铸件重量公差2.3术语和定义增加了术语和定义章节,对铸件主要壁

6、厚定义为:指用以确定铸件材料力学性能的铸件断面厚度.2.4灰铸铁牌号在灰铸铁牌号一章中,等同采用了国际标准ISO185:2005的牌号分级,增加了HT225和HT275两个新牌号,这是新,旧标准的最显着差别.2.5订货要求将旧标准放在资料性附录中的订货要求纳入正文,并作为独立章节.规定需方订货时最少应提供材料牌号和特殊需求,其他技术参数如需方不了解,供方可帮助确定,简化了需方的专业知识要求.这是产品型标准向贸易型标准转变的一个特征.2.6生产方法和化学成分(1)增加了生产方法和化学成分章节.铸造洪晓先等:国家标准:扼铸铁解读(2)规定铸件的生产方法一般由供方自行决定,对特殊要求可双方商定.(3

7、)规定如需方的技术条件中包含化学成分的验收要求时,按需方规定执行.化学成分按供需双方商定的频次和数量进行检测.体现了买方市场,满足用户需求的理念.(4)规定当需方对化学成分没有要求时,化学成分由供方自行确定,化学成分不作为铸件验收的依据.但化学成分的选取必须保证铸件材料满足本标准所规定的力学性能和金相组织要求.2_7技术要求(1)力学性能试棒取自单铸试棒还是铸件本体,性能验收指标是抗拉强度还是硬度,均必须在订货协议或需方技术要求中明确规定.铸件的力学性能验收指标应在订货协议中明确规定.因铸件的形状,壁厚不同,力学性能验收指标应根据具体铸件确定.(2)除力学性能外,金相组织也是铸件验收的主要指标

8、,比旧标准要求更严格.(3)新标准的表1将旧标准的三表合一,易于对照.(4)表1增加了HT225和HT275牌号铸件在不同壁厚时的最小抗拉强度值.(5)表1中,HT150的主要壁厚增加了两档.铸件本体预期抗拉强度略有调低.(6)将旧标准表2中的不同尺寸附铸试棒和附铸试块整合到一起,根据铸件壁厚选择30rnlTl或50mm附铸试棒,如选附铸试块也同样有Rl5和R25两种规格.铸件主要壁厚小于80mm的选用小规格试棒(块),801/11/1及以上壁厚选用大规格试样(块).(7)旧标准中铸件壁厚在4080mm时,可选用qb30mm附铸试棒也可选用qb50mm附铸试棒,因此导致了同一牌号,同样壁厚范围

9、,因采用附铸试样或附铸试块产生两个不同的最小抗拉强度值.新标准避免了这种情况,即壁厚大于80iYinl时,均采用大规格试棒或试块,而不同壁厚规定的最小抗拉强度值,基本上是采用旧标准的附铸试块强度值.因为附铸试块的抗拉强度略低于附铸试棒的抗拉强度,附铸试块的铸造也较为方便.(8)HT300牌号铸件在不同壁厚范围内,附铸试棒(块)的性能略有降低或提高.(9)新,旧标准对附铸试棒(块)最小抗拉强度规定的差异见表1.(10)新标准与国际标准ISO185:2005相比,在牌号HT150,HT200中缺少壁厚2.55inln档及对应的铸件本体预期抗拉强度,数据有待补充.因为随着直读光谱,孕育,保温浇注和整

10、体组芯等新技术的应用,主要壁厚小于5Inl-n的铸件时常可见,尤其是小型发动机气缸体,最小壁厚通常仅为4innl左右.旧标准中HT100,HT150和HT200对应的最小壁厚为2.510mnl,太宽泛,也不尽合理,在今后该标准修订时应予以补充.(11)铸件本体取样位置,试样尺寸和抗拉强度值可由供需双方商定,若需方有明确规定时,应符合需方图样及技术要求.若需方要求从铸件本体上取样,但未指定本体取样位置时,供方可根据铸件结构和受力状况,自行决定取样位置.(12)标准给出8种规格的本体试样加工尺寸(见表2),方便使用,符合用户对铸件本体质量要求不断提高的趋势.规定铸件本体抗拉强度的检测频次和数量,由

11、供需双方商定.(13)将铸件硬度牌号规定,由旧标准的附录性文件改为纳入正文中,体现了实际生产中,用户对铸件本体硬度日益重视,同时也更易于通过铸件硬度对供方铸件的质量进行监测.新标准按不同壁厚对铸件本体硬度作了更详细的规定,见表3.将旧标准中的硬度牌号H145改为H155,使每个硬度牌号等级间的硬度差均为20HBW.(14)给出单铸试棒抗拉强度的同时还给出了单铸试棒的硬度值,见表4.(15)规定硬度检测应在铸造面1.5rnrn以下处测试,因为铸件表面可能存在过冷组织,热处理贫碳和抛丸应力等影响材质的真实硬度.(16)没有推荐采用易割片作敲落式铸件附铸硬度试块,这种方法在大量生产中不常用.2.8取

12、样要求单铸试棒应在本批次铁液浇注后期浇注试棒,以保证试棒的代表性.2.9试验方法(1)样件,试生产铸件需提交全尺寸检测报告,检测数量由供需双方商定.量产供货的铸件应按批次提交关键尺寸(或重要尺寸)检测报告,检测频次和数量由供需双方商定.此规定的目的是保证铸件按生产流程的要求进行试制,试产和量产,以保证铸件品质的一致性,稳定性和可追溯性.(2)如供需双方同意,可选用等效的方法测定抗拉强度,布氏硬度,金相组织,如用测定楔压强度替代测定抗拉强度.楔压强度通常用于受铸件毛坯尺寸限制或已机加工后的铸件无法切取出本体抗拉试样的场合.2.10检验规则在取样批次的划分章节,.增加了2条新规定.(1)同一模具生

13、产的同一炉铁液浇注的铸件构成一个取样批次.即铸件是以炉次为最大批次,条件是该炉次浇注的铸件应是采用同一型,芯模具,造型,?758?FOUNDRYVo1.58No.75lOlO2O2040HT2254080一一19O1708Ol50l55一一一l50300145一一一23020017015013510202040HT27540808015Ol50300205190l75250220190l75新版:表中斜体字数值表示指导值,其余抗拉强度值均为强制性值,铸件本体预期抗拉强度值不作为强制性值.旧版:1.壁厚150-300mm铸件的附铸试棒(块)最小抗拉强度没有规定指导值,均为强制性值.2.HT100

14、牌号太低,没有实用价值,表中没有列出HT100牌号.3.HTI50,HT200,HT250牌号中没有510rnln和10-20nlnl档,以及对应的铸件本体预期抗拉强度.制芯工艺也是一样的.(2)在某一时间间隔内,如炉料,工艺条件或化学成分有变化时,在此期间连续熔化的铁液浇注的所有铸件,无论时间间隔有多短,都作为一个取样批次.强调无论是连续熔化还是间歇熔化,只要炉料,工艺条件或化学成分有变化,这个变化期间浇注的铸件都应该作为一个单独的批次.如感应炉熔化时,某包铁液加入了某种合金元素;同炉次铁液孕育剂,孕育方法的改变.浇注同样铸件但浇注工艺或浇注系统的改变等,都应该作为一个单独批次.铸造洪晓先等

15、:国家标准锹铸铁牛解读759.注:1.在铸件应力最大处或铸件最重要工作部位或在能制取最大试样尺寸的部位取样.2.加工试样时应尽可能选取大尺寸加工试样.表3灰铸铁的硬度等级和铸件硬度表4单铸试棒的抗拉强度和硬度值规定供方应保存所有完整的试验和检查记录,留客户复查.需方没有特殊规定时,同一批次的拉伸试样和未做试验的试样应自填写试验报告之日起保存3个月以上.2.11附录为了方便设计者和用户,增加了灰铸铁的力学性能和物理性能,灰铸铁件的抗拉强度,硬度和截面厚度的关系以及楔压强度的附录.3标准的特点3.1由产品型标准向贸易型标准转变旧标准在内容和表述方式偏重于灰铸铁件自身的牌号等级规定,技术要求,试验方

16、法和检验规则等,其考虑更多的是站在供方的角度指导制造商按国家标准的基本规定生产灰铸铁件.新标准虽然在主体内容上和旧标准相近,但是站在中间的立场,并以用户(需方)需求为上的理念来阐述标准的规定.3.1.1突出用户要求在很多情况下,用户对铸件的使用条件,工况和质量要求比铸件制造商更清楚,尽管用户可能对铸造工艺,材料技术本身不那么内行.反之铸件制造商虽然对铸件和铸件生产技术是内行,但其对该铸件的用途,使用工况并不一定了解.所以新标准给用户预留了更多的话语权.特别是在技术,质量要求方面,当用户有专门要求时,经供需双方协商同意,可按用户提出的要求验收.体现出在市场经济下,供方应不拘泥于标准的规定,尽可能

17、满足客户需求,以需求拉动技术,质量提升的发展趋势.3.1.2强调供需双方协商准则标准只能做到确立规则,规定一般事件的处理方法,而实际生产,贸易中不同的情形和需求无法预知.新标准几乎在所有重要条款中都规定了供需双方协商一致的原则,因为贸易本身就是不断洽谈协商,相互理解和妥协的过程.从某种意义上说,新标准是为供需双方协商提供了一个法定规则的平台.3.1_3重要环节和细节都列出了相应条款和具体要求铸造生产环节多,流程长,在签署订货协议中难免有漏项.新标准在主要技术,质量,检验等环节都给出了较为详细的条款,对供需双方都有提示或警示作用.?760?FOUNDRYdu1.2oo9VOI.58N0.73.2

18、主要内容等同采用了国际标准的最新文本3.2.1与国际标准接轨与国际标准接轨是编制新标准的基本原则,为了更好地促进对外贸易和交流,国家标准应不低于国际标准已成为不言而喻的共识.新标准在主要技术内容方面等效采用了国际标准ISO185:2005(Greycastirons.Classification),但在标准的编写结构上不完全对应.3.2.2表格合并与简化标准中规定的技术指标和技术参数多以表格的形式表述.与旧标准相比,新标准合并了一些相近内容的表格,还提供了更多的表格数据,在数据内容上更加完整.3.2-3新增加了两个灰铸铁牌号等同采用了国际标准的牌号分级.该标准的2005版,增加了HT225和H

19、T275两个新牌号,这是新标准与旧标准的最显着差异.HT200.HT300牌号是用量最多,且随着牌号提高铸造性能恶化也较为显着的区域,为了充分挖掘灰铸铁材料的力学性能潜力,减缓铸造性能的恶化倾向,将牌号细分可为用户提供更多的选择,同时有利于物尽其用.铸造配料,熔化,炉前成分检测,孕育等新技术也为灰铸铁牌号的细分提供了技术保障.美国材料试验学会标准ASTMA48/A48M-2003(StandardSpecificationforGrayIronCastings)标准中,灰铸铁牌号按抗拉强度分级,从150至400,每增加25VIVa为一个牌号等级,分150,175,200,225,250,275

20、,300,325,350,375和400共11个牌号.美国汽车工程师协会标准SAEJ431,将灰铸铁也分为8个等级.新标准中没有抗拉强度为375MPa和400MPa这2个级别的牌号,因为我国和许多工业国家一样,由于球墨铸铁,蠕墨铸铁的发展,实际上已很少生产这2种高强度的灰铸铁件了.对灰铸铁强度要求过高的并不总是有利的,因为它会恶化铸造性能,机加工性能和减震性.3.2.4将硬度牌号及验收指标纳入正文硬度牌号和抗拉强度牌号一样,也可以作为灰铁件的验收条件.以硬度牌号作为验收条件,一般是用于对切削性能或耐磨性能要求较高的灰铸铁件,且铸件主要壁厚小于80mill.3.2.5硬度牌号的分级硬度牌号分级的

21、3位数字是表示各硬度牌号铸件在壁厚40mnl时所对应规定硬度的上限值,如硬度牌号H195,表示铸件壁厚40rnm部位,硬度的最大值不大于195HBW.3.2.6灰铸铁材料的性能指标附录中给出了不同牌号灰铸铁常用的力学,物理性能指标,抗拉强度和铸件壁厚的关系,以及楔压强度试验和换算方法,为标准使用者提供了方便.3.3保留,完善了旧国家标准中不可或缺的精华的部分对旧标准几十年实践证明不可或缺的部分予以保留,完善.如技术要求章节中的几何形状,尺寸,尺寸公差,加工余量,表面质量,铸造缺陷;检验规则章节中的检验权利,检验地点,取样批次的划分,试验数据保存,试样保存;铸件标识,包装,储运要求章节中的铸件标

22、识和质量报告,表面防护,包装,储运要求等.上述条款强调了灰铸铁件作为商品的属性和商品交货时应符合的质量状态要求.这些内容国际标准ISO185:2005(GreycastironsClassification)均没涉及.3.4灰铸铁牌号单铸试棒的硬度值在3Omm单铸试棒上测试材质硬度是生产中常用的方法,但因单铸试棒硬度和铸件本体硬度有一定的差异,在供需双方没有事先商定的情况下,经常会因铸件硬度的定义发生争议.本标准既给出了单铸试棒的硬度范围也给出了铸件本体的硬度范围.4标准的应用铸铁件是铸造标准中的基础性标准,应用面广,使用频率高,因此供需双方在应用新标准时应注意下列事项.4.1标准的适用范围新

23、标准不适用于连铸型材,离心铸管,金属型铸造等非砂型灰铸铁件.4.2灰铸铁牌号的化学成分化学成分是保证力学性能的重要依据,因此在铸造企业自己的技术标准中通常都明确规定不同灰铸铁牌号的化学成分范围.而新,旧标准都没有对化学成分做出规定是因为:(1)化学元素之间有交互性和互补性,在某些元素增加的情况下,减少另外一些元素可得到同样的力学性能和硬度值范围.各铸造厂的情况和工艺方法差别很大,规定了成分就牺牲了灵活性,多样性,后果也不经济.(2)除化学成分外,还有很多其他因素对铸件的力学性能有重要影响,如微量元素,孕育,熔化过热,激冷倾向,替代元素,冷却方式,后续处理等.也就是说,即使化学成分合格或不合格,

24、并不能完全主导铸件的力学性能和硬度.(3)中小冲天炉熔化和炉料比较复杂的情况下,难以做到对化学成分范围做比较准确的控制,铁液出炉后木已成舟,只能用综合调控手段来保证铸件力学性能.(4)对一个具体铸造企业,其条件和工艺已确定,经供需双方协商同意,可规定化学成分范围的要求.铸造洪晓先等:国家标准锹铸铁解读?761?对有特殊要求的铸件,甚至可将某些化学元素作为主要验收依据之一.(5)当需方没有提出化学成分范围要求时,铸件的化学成分由制造商自行决定,因为制造商比需方更清楚满足该牌号要求应选择的各化学元素范围,同时也有利于采用制造商的化学成分体系,检测验收体系,实现规模化生产.(6)当需方提出具体的化学

25、成分范围,经供需双方协商同意后,还应确认哪些元素属于强制性要求和强制性要求元素的波动范围以及超出范围时的处理办法等.4.3灰铸铁牌号灰铸铁牌号指30mm单铸试棒的最小抗拉强度,它只能间接反映铸件本体的力学性能.同样牌号的铸件,因形状,尺寸,壁厚不同,铸件本体性能力学性能和硬度会有不同.4.4HT_225和HT275号特点提高灰铸铁牌号通常是用降低碳,硅含量或是添加合金元素来实现,而随着抗拉强度牌号的提高,灰铸铁的工艺性明显恶化,尤其是收缩倾向,白口倾向大和流动性差.新增加的2个牌号对工艺性较敏感的薄壁箱体件,薄壁小件,形状复杂件,盘类件等用途较大.4.5HT350以上牌号HT350以上牌号的铸

26、造工艺性差,实际生产中已很少采用.对于更高强度牌号的要求,推荐采用蠕墨铸铁或球墨铸铁.虽然蠕墨铸铁和球墨铸铁各有自身特点,但除减震性外,其铸造工艺性,切削加工性和成本等都有较强的竞争力.建议在选用HT350牌号的同时应考虑对比选用蠕墨铸铁或球墨铸铁的可能性.4.6单铸试棒与本体试棒性能的差异铸造的特点是适于制造形状不规则,结构复杂的零件,因此壁厚差异较大会导致不同部位的冷速不同,造成各部位力学性能和硬度有一定差异.单铸试棒只能代表该牌号材质特定壁厚的力学性能和硬度,铸件本体试样才能代表本体I生能.4.7附铸试棒(块)规格的选取以铸件主要壁厚80nlrn为界,壁厚小于80rnnl时,选用小规格的

27、附铸试棒(块),壁厚大于等于80mnl时,选用大规格试棒(块).4.8抗拉强度性能的差异(1)对于同档尺寸规格的单铸或附铸试棒,如加工成A型抗拉强度试样,其统计强度值要略高于B型试样.因为A型试样标距内的平行段短,可能碰到组织不均匀影响的几率小,所以更能代表材质本身的真实抗拉强度.(2)对于同档尺寸规格的附铸试棒或附铸试块,附铸试棒的统计强度值要略高于附铸试块,因为附铸试棒的冷速要快一些,内部组织也致密一些.(3)附铸试棒(块)的性能还不能完全代表铸件本体性能,只是比单铸试棒性能的代表性更好一些,只有本体试样才能如实反映铸件本体性能.铸件本体性能可根据标准附录中给出的壁厚与抗拉强度,硬度的关系

28、图估算.4.9铸件本体抗拉强度测定铸件本体抗拉强度时,抗拉强度试样的加工应尽可能选用尺寸较大的规格,大规格试样l:LsJ,规格试样的测试数据更稳定,准确.4.10抗拉强度的强制值和指导值灰铸铁各牌号等级规定的最小抗拉强度是强制性值,但对应于壁厚>150mm,300mi/l的铸件,新标准中给出的附铸试棒(块)抗拉强度值为指导值,在表中用斜体字表示.表中给出的铸件本体预期抗拉强度值也不是强制性值.4.11铸件的本体硬度范围可以小于新标准中规定的范围当供需方同意在铸件本体的指定部位测试硬度,则该指定部位硬度值的上,下限范围应不小于40HBW.此条款一般用于大量生产的铸件.因为标准中给出的硬度值

29、范围是泛指,所以对给定的铸件和硬度测试部位,经供需双方协商同意,可适当缩小硬度值范围.4.12硬度检验规则新标准取消了旧标准列在规范性附录中的硬度检验规则,因为影响硬度的因素较多,测试误差也较大,而且实际中容易测试多点,多部位的硬度值来综合判断铸件材质情况,不像抗拉强度,误差较小,也比较单一.但在实际应用中硬度检测规则和抗拉强度检测规则是一样的,即在事先规定的部位测试硬度,如该部位硬度合格则材质合格,若测试结果达不到要求,又不是试样制备或操作不当造成的,则可在硬度测定点附近再选定2处测定硬度,进行复验.如复验中,其中一处硬度不合格,则判该铸件材质不合格.铸件本体硬度的测试比例,检测频次,硬度合

30、格率及抽取铸件的代表性等,由供需双方商定.4.13铸件本体硬度检测铸件本体硬度检测简单,方便,可以不损坏铸件,甚至可100%在线检测.对大批量生产的铸件,越来越多地用本体硬度来代替抗拉试棒检测,特别是汽车灰铸铁件.以检测本体硬度为主时,应在本企业生产条件下事先做出该铸件本体硬度和单铸试棒,本体试棒之间的函数关系,以此确定本体硬度的上,下限范围,并经需方同意及确定抽检比例后才可实施.大型铸件一般检测附铸试块的硬度.4.14灰铸铁的化学成分新标准和国际标准ISO185:2005都没有规定灰铸铁的化学成分,但化学成分的控制还是尽可能控制在较窄的范围.铸造熔化中炉料分选,分类,配比定量,?762?FoUNDRYJu1