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铸钢件在凝固冷却的过程中，其体积和尺寸都会收缩减小，由液态凝固为固态的收缩量一般以长度的改变量--线收缩率来表示（%）。
影响铸造收缩率的因素很多，铸件在铸型中固态收缩时还受外界阻力的影响，会使其实际的收缩量减少，此时称为非自由收缩，而非自由收缩率总是小于自由收缩率。
影响铸造收缩率的因素主要有金属合金的种类、铸件结构和尺寸长度，另外造型材料、型芯的紧实程度等也影响铸件产生非自由收缩率。
根据阀门的生产实践，为了方便模具设计，缩尺一般参考下表选取：
钢种
缩尺
碳钢
WCBZG25
20/1000
不锈钢
CF8CF8M
ZG0Cr18Ni9ZG0Ci18Ni12Mo2Ti
20-25/1000
铬钼钢
ZGCr5MoC5
耐热钢
WC6WC9
18-22/1000
铸铁
HT250
10/1000
（二）砂型铸造：
阀门行业常用的砂型铸造，按粘结剂的不同还可分为：
湿型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃树脂自硬砂等。
（1）湿型砂是以膨润土为粘结剂的造型工艺方法，它的特点是：
造好的砂型不需要烘干，不需要经过硬化处理，砂型有一定的湿态强度，砂芯、型壳的退让性较好，便于铸件的清理落砂。
造型生产效率高，生产周期短，材料成本低，便于组织流水线生产。
它的缺点是：
铸件易产生气孔、夹砂、粘砂等缺陷，铸件的质量尤其是内在质量不够理想。
铸钢件湿型砂的配比及性能表：
序
号
配比（%）
性能
用途
新砂
旧
砂
膨
润
土
碳
酸
钠
糊
精
纸
浆
含
水
量
%
透
气
性
AFS
湿压
强度
KPa
粒度
组别
加入
1
10
100
9/11
0.2
0.2/0.4
3.8/4.3
100/200
56/
77
小铸钢件用砂
2
15
50
3
0.4
0.6/
1.2
4/4.7
50/
75
机器造型用砂
（2）干型砂是以粘土为粘结剂的造型工艺方法，稍加膨润土可以提高其湿强度。
它的特点是：
砂型需要烘干，有良好的透气性，不易产生冲砂、粘砂、气孔等缺陷，铸件的内在质量较好。
它的缺点是需要砂型烘干设备，生产的周期较长。
（3）水玻璃砂是以水玻璃为粘结剂的造型工艺方法，它的特点是：
水玻璃遇CO2后有自动硬化的功能，可有气硬化法造型和造芯的各种优点，但存在型壳溃散性差，铸件清砂困难以及旧砂再生、回用率低的缺点。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
配比%
用
途
水玻璃
碱溶液
15-20%
含水量
湿透
气性
湿压
强度
硬化强度
MPa
粒度级别
加入量
8-9
0.7
4-5
≥100
25-30
≥1.5
大铸件
30
6.5-7.5
4.5-5.5
≥300
5-15
铸钢件型芯砂
21
4-4.5
LK-2
溃散剂
水0.4-0.6
≤3.5
≥150
≥1.0
（4）呋喃树脂自硬砂造型是以呋喃树脂为粘结剂的铸造工艺方法，在常温下由于粘结剂在固化剂的作用下发生化学反应而固化型砂。
它的特点是砂型不必烘干，这就缩短了生产周期，节约了能源。
树脂型砂易于紧实、溃散性好，铸件的型砂易于清理，铸件尺寸精度高，表面光洁度好，可以大大提高铸件质量。
对于原砂的质量要求高，生产现场有轻微的刺激性气味，而且树脂的成本也较高。
呋喃树脂自硬砂混合料配比及混制工艺：
原砂
呋喃树脂加入量占原砂重量比
固化剂加入量占
呋喃树脂重量比
硅烷加入量占
100%
1-2%
30-50%
0.1-0.3%
呋喃树脂自硬砂的混制工艺：
树脂自硬砂最好采用连续式混砂机，将原砂、树脂、固化剂等依次加入、快速混合而成，随时混制、随时使用。
混制树脂砂时各种原料的加入顺序如下：
原砂+固化剂（对甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-树脂+硅烷-（60～90S）-出砂
（5）典型的砂型铸造工艺卡片：
精整完工
（6）典型的砂型铸造生产流程：
（三）、精密铸造：
近年来，阀门厂家越来越注重铸件的外观质量和尺寸精度。
因为良好的外观是市场的基本要求，也是作为机加工头道工序的定位基准。
阀门行业常用的精密铸造是溶模铸造，现简要介绍如下：
（１）溶模铸造的两种工艺方法：
①采用低温蜡基模料（硬脂酸+石蜡）、低压注蜡、水玻璃型壳、热水脱蜡、大气熔炼浇注工艺，主要用于质量要求一般的碳素钢和低合金钢铸件，铸件尺寸精度可达国家标准ＣＴ７～９级。
②采用中温树脂基模料、高压注蜡、硅溶胶模壳、蒸汽脱蜡、快速大气或真空熔炼浇注工艺，铸件尺寸精度可达ＣＴ４～６级的精密铸件。
（2）溶模铸造典型工艺流程：
抛丸或喷丸
（3）溶模铸造的特点：
①铸件尺寸精度高，表面光整、外观质量好。
②可以铸造结构形状复杂、难以用其他工艺方法实现加工的零件。
③铸件材料不受限制，各种合金材料如：
碳素钢、不锈钢、合金钢、铝合金、高温合金、以及贵重金属等材料，尤其是难以用锻造、焊接和切削加工的合金材料。
④生产灵活性好，适应性强。
可以大批生产，也适用于单件或小批生产。
⑤溶模铸造也有一定的局限性，如：
工艺流程繁琐、生产周期长。
由于其可采用的铸造工艺手段有限，用于铸造承压薄壳阀门铸件时，其承压能力不能很高。
（四）铸造缺陷的分析
任何的铸件内部都是会有缺陷的，这些缺陷的存在给铸件的内在质量带来很大的隐患，在生产过程中为消除这些缺陷进行的焊补也会给生产流程带来很大的负担。
尤其是阀门作为承受压力、温度的薄壳铸件，其内部的组织致密性非常重要。
因此，铸件的内部缺陷成为影响铸件质量的决定因素。
阀门铸件的内部缺陷主要有气孔、夹渣、缩松和裂纹等。
（1）气孔：
气孔由气体产生，孔洞表面光滑，产生在铸件内部或近表面，形状多呈圆形或长圆形。
生成气孔的气体主要来源有：
①金属中溶解的氮、氢在铸件凝固的过程中被包容于金属之中，形成封闭的圆形或椭圆形内壁有金属光泽的气孔。
②造型材料中的水分或挥发物质都会因受热而变成气体，形成内壁为暗褐色的气孔。
③金属在浇注过程中，由于流动不稳定，将空气卷入而生成气孔。
气孔缺陷的防止方法：
①在冶炼方面应尽量少用或不用锈蚀的金属原料，工具和钢水包要烘烤干燥。
②钢水浇注要高温出炉、低温浇注，钢水要适当镇静以利于气体的上浮。
③浇冒口的工艺设计要增大钢水的压头，避免气体卷入，并设置人工气路，合理排气。
④造型材料要控制含水量、发气量，增加透气性，砂型和砂芯要尽量烘烤干燥。
（2）缩孔（松）：
它是产生在铸件内部的（尤其是在热节部位）呈连贯或不连贯的圆形或不规则的空洞（腔），内表面粗糙，颜色较暗，金属晶粒粗大，多呈树枝状结晶，聚集在一处或多处，水压试验时容易发生渗漏。
产生缩孔（松）的原因：
金属由液态凝固为固态时发生体积收缩，此时如得不到足够的钢水补充，则必然产生缩孔。
铸钢件的缩孔基本是由于对顺序凝固过程控制不当而造成的，原因可能有冒口设置不正确、钢水浇注温度过高，金属收缩量大等。
防止缩孔（松）产生的方法：
①科学的设计铸件的浇注系统，使钢水实现顺序凝固，先凝固的部位应有钢水补充。
②正确、合理的设置冒口、补贴、内外冷铁，确保顺序凝固。
③在钢水浇注时，最后从冒口处顶注补浇有利于保证钢水温度和补缩，减少缩孔的产生。
④在浇注速度方面，低速浇注比高速浇注有利于顺序凝固。
⑸在浇注温度方面不宜过高，钢水高温出炉，经镇静后浇注，有利于减少缩孔。
（3）夹砂（渣）：
夹砂（渣）俗称砂眼，是在铸件的内部出现不连贯的圆形的或不规则的孔洞，孔内夹杂着型砂或钢渣，尺寸大小没有规律，聚集在一处或多处，往往在上型的部分较多。
产生夹砂（渣）的原因：
夹渣是由于钢水在冶炼或浇注过程中，离散的钢渣随着钢水进入铸件形成的。
夹砂是由于造型时型腔的紧实度不够，当钢水浇入型腔时，型砂被钢水冲起进入铸件内部造成的。
另外修型、合箱时操作不当，有掉砂现象也是造成夹砂的原因。
防止夹砂（渣）产生的方法：
①钢水冶炼时要尽量排气排渣彻底，钢水出炉后在钢水包里镇静一下，有利于钢渣的上浮。
②钢水的浇注包尽量不用翻包，而用茶壶包或底注包，以免钢水上部的渣子顺着钢水进入铸件型腔。
③在钢水浇注时要采取蓖渣措施，尽量减少钢渣随钢水进入型腔。
④为了减少夹砂的可能，在造型时要保证砂型的紧实度，修型时注意不要掉砂，合箱前要将型腔吹干净。
（4）裂纹：
铸件的裂纹大多为热裂纹，其形状不规则，有穿透或不穿透、连续或断续，裂纹处的金属呈暗色或有表面氧化。
产生裂纹的原因：
有两个方面，即高温应力与液膜变形。
高温应力是钢水在高温下收缩变形受阻而形成的应力，当该应力超过了金属在该温度下的强度或塑性变形极限时便产生了裂纹。
液膜变形是钢水在凝固结晶过程中晶粒之间产生液膜，随着凝固结晶的进行，液膜发生变形，变形量和变形速度超过一定极限时，便产生了裂纹。
热裂纹产生的温度范围约在1200～1450℃左右。
产生裂纹的影响因素：
①钢中S、P元素是产生裂纹的有害因素，他们和铁的共晶物降低了铸钢在高温的强度和塑性，导致裂纹产生。
②钢中的夹渣和偏析增加了应力集中，因而增加了热裂倾向。
③钢种的线收缩系数越大，热裂的倾向越大。
④钢种的导热系数越大，表面张力越大，高温机械性能好，热裂的倾向越小。
⑤铸件的结构设计工艺性不好，如圆角太小、壁厚悬殊太大、应力集中严重，都会产生裂纹。
⑥砂型的紧实度太高，型芯的退让性不良阻碍铸件收缩会增加裂纹倾向。
⑦其它如浇冒口排列不当、铸件冷却速度太快、切割浇冒口及热处理造成过大应力等也都会影响裂纹的产生。
针对以上裂纹产生的原因和影响因素，采取对应的措施，就可以减少和避免裂纹缺陷的产生。
综合以上铸造缺陷产生原因的分析，查找存在的问题，采取相应的改进措施，就可以找到解决铸造缺陷的方法，有利于铸件质量的提高。
第三章阀门钢水的冶炼
阀门铸钢件钢水的质量对于铸件质量有着决定性的影响，因此，必须严格控制炼钢过程，保证钢水质量。
炼钢的目的和要求是：
①熔化固体炉料。
②使钢水中的元素达到规定的成分。
③除去有害元素S、P，将它们降到限量以下。
④清除钢水中的气体和非金属夹杂物，保证钢水纯净。
⑤将钢水过热至一定温度，保证浇注需要。
冶炼主要有感应电炉、电弧炉和真空精炼炉等方法，同时还有氧化法和不氧化法冶炼工艺的区别。
下边重点介绍阀门行业常用的感应电炉和电弧炉炼钢的基本知识。
（一）感应电炉炼钢：
（感应电炉见右图）
感应电炉熔炼金属的原理是用交流电感应的方法在炉料中产生涡流，利用涡流产生的热量来加热和熔化炉料。
感应电炉炼钢的优点是生产效率高，生产机动性强。
目前我国阀门行业采用的快速感应电炉，它的功率大、提温快、温度容易掌握、熔化时间短，炼一炉钢仅需要一个多小时，因此生产效率高。
感应电炉的缺点是配料时只能吃精料，因感应电炉炼钢不能调整化学成分，只能补加烧损元素，因此它的炼钢过程实际上只是一个溶化过程。
与电弧炉炼钢相比感应电炉炼钢没有氧化期，其排渣、排气和脱C、P、S的功能不强，钢水的质量主要是靠配料掌握，因此铸件的内在质量难以严格保证。
过去有些厂用感应电炉炼钢时，为了提高钢水的质量，在钢水熔化初期，进行吹氧以便增加氧化期。
但是吹氧会严重损坏炉墙，在炼钢过程中又无法及时修补，因此这种工艺没有得到广泛应用。
（二）电弧炉炼钢：
（电弧炉见右图）
电弧炉炼钢时，熔化炉料和过热钢水的热量是由电弧产生的。
电弧炉依据炉衬耐火材料的不同分为酸性炉和碱性炉。
酸性炉造酸性渣，不能脱硫、磷，要求含硫、磷低的炉料。
碱性炉造碱性渣，可以脱除硫、磷，对炉料要求不高，应用比较广泛。
炼钢是一个复杂的化学和物理变化过程，可以归结为四个主要反应：
⑴氧化反应：
钢水熔炼时祛除杂质的方法是使杂质氧化，向钢中吹氧或加入氧化剂（铁矿石），使钢水沸腾，把钢中的气体和碳、硅、磷等氧化物生成的杂质进入炉渣或炉气而被排除，这个阶段称为氧化期。
⑵还原反应：
氧化过程完成后，钢中残留有大量的氧化铁，这对于钢水质量是极其有害的，必须除去。
祛除的方法是向钢水里加入脱氧剂（还原剂），脱氧剂和钢水中的氧化铁作用，夺取氧化铁中的氧，形成一些新的不溶于钢水的化合物进入炉渣，从而祛除钢水中的氧，这个阶段称为还原期。
⑶去磷、硫反应：
磷、硫是钢水中的有害元素，它们将增加钢的热裂和冷裂倾向，在炼钢的过程中一定要注意祛除它们。
磷在氧化沸腾期即被氧化并和氧化钙结合生成稳定的化合物而进入炉渣。
硫在钢水中是和锰形成化合物存在的，这些硫的化合物能和氧化钙反应，生成稳定的化合物进入钢渣。
⑷造渣反应：
通俗的说法，炼钢就是造渣。
渣是炼钢过程中加入炉中的造渣材料（熔剂）与炉中杂质和各种氧化物的混合物，炉渣的作用有两个：
①保护作用，渣覆盖在钢水表面，使钢水避免与炉气接触，减少钢水被有害气体侵入，也保护钢水中的有用元素不致于被氧化、烧损。
②通过炉渣进行的一系列反应，祛除钢水中的杂质。
铸造碳钢氧化法冶炼的典型工艺过程
时期
序号
工序
操作要点
熔化期
通电
用允许的最大功率供电
助熔
推料助熔，吹氧助熔，加入渣料矿石
取样、扒渣
炉料全熔，充分搅拌，取样分析C、P
氧化期
4
吹氧脱碳
钢水温度达1560℃，加入硅铁，吹氧脱碳
5
取样
停止吹氧，取钢样，分析C、P、Mn
还原期
6
扒渣、脱氧
扒除氧化渣，加入锰铁和渣料，造稀薄渣
7
还原
加入还原渣料，进行还原
8
充分搅拌钢水，取钢样分析C、P、Mn、S
9
调整成分
根据钢样分析结果，调整化学成分
测温
测量钢水温度，检查脱氧情况
出钢
11
钢水温度达标，插铝，然后大口出钢，钢渣同流
12
浇注
钢水镇静5分钟，开浇，并取钢样
第四章阀门的热处理工艺
阀门上需要热处理的主要零件是阀体和阀杆，现重点介绍阀体铸件和不锈钢阀杆的热处理。
（一）阀体铸件毛坯的热处理
（1）碳素钢铸件的热处理：
碳素钢铸件为了消除铸造应力、细化金相组织、提高机械性能和改善切削性能，通常采用退火或正火+回火的热处理工艺。
①退火：
碳素钢铸件材料一般采用WCB，其退火的加热温度为880-920℃，保温时间以铸件壁厚确定，一般保温2～5小时，保温后随炉冷却。
WCB的退火工艺曲线如右图：
②正火+回火：
为了改善铸钢件的强度可以采用正火代替退火，即将退火保温后随炉冷却改为出炉空冷。
但正火时空冷会产生较大的应力，需要增加一次高温回火。
采用正火十回火比单纯退火所获得的组织均匀．晶粒较细．综合机械性能较好。
WCB正火+回火工艺曲线如右图。
（2）奥氏体不锈钢铸件的热处理
奥氏体型不锈钢的耐腐蚀性能、高温机械性能和抗氧化性能都很好，它在超低温下仍能保持良好的低温冲击韧性。
奥氏体不锈钢的主要缺陷是容易产生晶间腐蚀，而克服这一缺陷的方法，除降低钢的含碳量（C≤0.08%）和在钢中添加稳定元素（钛、铌）外，就是增加固溶化处理，以提高耐腐蚀性能。
铸件固溶化处理的加热温度是影响热处理质量的重要因素。
各种牌号奥氏体不锈钢的成分虽然不同，但固溶处理的加热温度差异不大，均在1000～1150℃温度范围。
加热速度在430～820℃区间加热速度应更快，以避免析出碳化铬相。
保温时间取决于铸件壁厚和装炉量，一般保温系数采用每25㎜壁厚保温1小时。
出炉后要采取激冷，尤其在通过430～820℃温度范围时，冷却速度要快，一般采用水冷。
ZG1Cr18Ni9铸件固溶化处理工艺曲线见右图。
（二）不锈钢阀杆毛坯的热处理
⑴Cr13类阀杆毛坯退火处理：
Cr13钢属于马氏体型不锈钢，常用的阀杆材料是1Cr13或2rC13，现以2rC13阀杆毛坯的热处理为代表简要介绍如下。
2Cr13阀杆毛坯锻造后要及时进行退火，因为其在锻造后即使采用空冷也会发生硬化，而使机械加工困难。
此外，由于锻造应力等因素影响容易使阀杆产生裂纹。
因此为了消除应力，降低硬度，防止产生裂纹，改善机械加工性能，并为以后调质处理做好组织准备，在锻造后要进行软化处理。
2Crl3锻件软化处理方法在阀门生产中通常采用退火工艺。
退火的加热温度一般采用840~860℃。
保温时间主要取决于阀杆毛坯的直径及装炉量。
空气炉加热时保温系数一般采用每30毫米直径保温60分钟。
保温后炉冷，当炉冷至500℃时，可以出炉空冷。
2Crl3锻件退火工艺曲线见右上图。
（2）Cr13类阀杆毛坯调质处理：
调质处理是淬火加高温回火，其目的是为了获得良好的综合机械性能和耐腐蚀性能，从而满足使用上的需要。
2Cr13类阀杆毛坯淬火加热最适宜的温度为980～1000℃。
若加热温度低
于950℃时，则碳化铬（主要为Cr23C6不能充分溶解，这样既不利于机械性能的改善，又降低了材料的耐腐蚀性能。
若加热温度高于1050℃时，则容易使组织过热，淬火后造成马氏体组织粗大，使冲击韧性显著降低，这时即使随后提高回火温度，冲击韧性也不能得到改善。
保温时间要充分，使碳化物能充分溶解。
保温时间主要取决于阀杆毛坯有效直径及装炉量，保温系数一般可采用每30毫米直径保温90分钟。
1Cr13临界冷却温度较低，淬透性极好，所以2Cr13阀杆淬火冷却可采用油冷。
淬火后要及时进行回火，一般间隔不得超过48小时，以防止造成2Cr13阀杆开裂。
回火温度根据技术要求确定，当2Cr13阀杆硬度要求为HB240-280时，回火温度一般采用600～650℃，回火用油冷却。
2Cr13阀杆调质工艺曲线见右图。
（3）沉淀硬化不锈钢阀杆热处理：
在强腐蚀性介质里使用的阀门，阀杆需要采用沉淀硬化不锈钢。
在沉淀硬化钢中除加入Cr和Ni外，还有加入Al、Cu、Co、Ti、Mo、Nb等元素的。
常用的材料有17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）和17-7PH（0Cr17Ni7Al）。
它们是通过热处理析出微细金属化合物的沉淀物，从而获得高强度和高耐蚀性。
17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）属于马氏体系列沉淀硬化不锈钢，固溶处理后的时温组织为马氏体，经400～650℃时效进行沉淀硬化，以析出富铜的沉淀物达到强化的目的。
该钢耐腐蚀性高于13Cr系不锈钢，而且焊接工艺简便、具有良好的综合力学性能。
17-7PH（0Cr17Ni7Al）属于半奥氏体系列沉淀硬化不锈钢，它的含碳量较低，其耐腐蚀性能接近于18-8系列不锈钢。
由于采用沉淀硬化的特殊处理，钢具有较高的强度和弹性，钢在奥氏体状态下具有良好的冷加工性能、焊接性能和高温强度。
沉淀硬化不锈钢的热处理比较复杂，根据不同的要求应用了一系列的热处理规范，主要内容包括：
1）均匀化处理：
毛坯加热至1050～1200℃，保温约2个小时，然后空冷。
2）固溶化处理：
毛坯加热至1020～1060℃，保温约2个小时，然后水冷。
3）奥氏体调节及马氏体转变处理：
又称T、R处理，如：
TH1050、RH950、CH900等，这一系列的热处理都有其
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