水泵制造用材料铸造技术追踪
目前，我国水泵制造用材料，以铸钢、铸铁、耐磨铸造材料应用相对较多。其铸造工艺对泵的产品质量有较大的影响。
挖泥泵
一、铸钢材料
（一）国内外发展现状及发展趋势
1．国内发展现状及发展趋势
目前我国小型批量铸件已普遍采用造型线生产，并初步以典型产品为核心的质量技术体系。但生产线主要制造水平偏低，生产线先进程度及技术含量有待提高。我国铸钢市场也是产能过剩，由于受到劳动力、废钢和造型材料价格上升而铸件价格反而回落的影响，市场竞争越来越激烈，许多中小企业步履艰难，面临重新洗牌局面。
2．国外发展现状及发展趋势
(1)完全的炉前快速检测，成分波动少，检测仪器性能稳定；
(2)很多企业采用精炼手段，并在铸型上采用过滤网，保证钢液纯净度；
(3)发达国家大批量生产的中小型铸件的铸型，大多采用高紧实率的高压、高速、射压等高效流水线，采用树脂砂制芯，造型设备数控化率较高；
(4)发达国家普遍采用CAD、CAM等软件的集成技术，基本全部采用工艺模拟，工艺数据库已经很好应用：
(5) 工业CT设备等先进检测设备逐步应用到产品检测中；
(6) 大型铸钢件的冶金技术在向高纯度钢液技术发展，成分均匀性、内部缺陷、尺寸精准度等控制技术优于国内。
（二）国内外的发展差距
与工业发达国家相比，目前我国大型特钢件生产在产品品种、工艺水平质量等级以及制造装备等整体水平方面均存在着较大差距。在大型核电设备中，主泵、核电汽轮机缸体等大型铸钢件多采用不锈钢材料，其质量要求极高，我国尚未掌握自主生产技术，基本依赖进口。
（三）问题分析与解决思路
针对国内外差距情况，问题主要在我国工程化数据薄弱，例如：数值模拟虽然在铸造行业应用多年，但是一些核心算法以及工程参数还不够精细，造成分析结果不能准确指导生产。
在某些高端铸件熔炼过程中针对有害元素及成分标准内优化问题工程数据缺乏。未建立起以服役条件为指导的质量及制造体系。
针对高端铸件领域，建立以高端质量为核心的研发及生产体系并形成数据积累机制以指导未来部件设计及制造，强化基础工程数据积累及相关技术固化并推广。
增加高端铸件在整个铸钢行业的比重，转型升级。
二、铸铁材料
（一）国内外发展现状及发展趋势
1．国内发展现状及发展趋势
铸铁量大面广，2016年我国铸铁件产量为3415万吨（其中，灰铸铁2035万吨，球墨铸铁1320万吨，可锻铸铁60万吨），占当年铸件总产量4720万吨的72.35%；球墨铸铁在铸件中所占的比重由2004年的25%增至2016年的27.9%。
我国铸铁行业在原辅材料、工艺装备、生产技术、检测控制等方面均已具备生产高端铸铁件的能力。
（1）质量控制和检测（特别是在线检测）水平稳步提升；
（2）原辅材料供应品种和质量有了很大改善；
（3）计算机CAD、CAM、CAE和炉前热分析等技术手段日益受到重视，应用逐步增加；
（4）部分产品的性能达到了国际先进水平；
（5）一大批企业使用了国际水平的熔化、造型和检测设备；
（6）年产铸铁件万吨以上、生产设备较先进、质量较稳定的厂已达上百家，配有炉前氮氢氧测定仪、真空直读光谱仪和扫描电镜等先进的设备和检测手段。
2. 国外发展现状及发展趋势
工业发达国家生产规模和专业化程度高，铸件综合质量和技术经济效益好。主要表现在：
（1）普遍采用CAD/CAE/CAM，重视通过产品数值模拟和建立生产基础数据库等进行产品和工艺的前期优化设计，实现产品研发设计数字化，铸造自动化水平普遍较高；
（2）在造型、制芯方面，采用机械手，用视觉系统监控组芯过程，铸件尺寸精度高，加工余量小；
（3）在铁液熔炼方面，除了采用光谱分析之外，重视采用热分析技术，对炉前铁液质量进行精确控制，包括化学成分如碳含量、硫含量等，同时测量铁液的N、H、O含量，铁液质量稳定，化学成分波动小；
（4）采用电炉熔炼、喂丝法球化和孕育处理工艺，整个熔化、球化和孕育处理过程连贯，数字化程度高，没有镁光烟尘；
（5）通过微量合金化和特殊的铁液处理技术，能够稳定控制铸件的组织和性能，内在质量好、精度保持性好；
（6）排放低，环保达到国际先进标准。
“中国制造2025”已经公布，它的终极目标是把互联网、物联网引入制造业，使产品的生产达到高技术、高质量、高效率、智能化。未来铸造行业的发展趋势是向大型化、轻量化、精确化、智能化、数字化、网络化及清洁化的方向发展，而技术含量高的高端铸铁件将成为发展方向。
（二）国内外的差距
国内铸铁厂除了多而分散、产能过剩、两极分化外，与工业发达国家相比，差距主要表现在：
（1）质量的稳定性、一致性差是我国铸铁件生产的突出问题：相同碳当量，灰铸铁强度低1级；铸件尺寸精度低1-2级，表面粗糙度差1级；废品率高，铸件的缩孔、缩松和变形问题日益突出；铸铁件的弹性模量和残余应力等指标，长期未列入验收范围；
（2）铸铁行业专业化生产程度不高，数字化、智能化水平低；
（3）大型、厚大断面、高端铸铁件的质量控制技术有待提高；。
（4）环保意识差，污染大、操作人员劳动强度大。
（三）问题分析与解决思路
加强新材料、新工艺和新技术的研发和推广应用。提升企业的数字化、智能化水平，采用先进的管理软件和方法。加强产品结构调整，实现产品专业化和经济规模化。注重人才培养、加强自主创新。走轻量化、清洁化生产发展之路。
三、铸造耐磨材料
（一）国内外发展现状及发展趋势
1.国内发展现状及发展趋势
磨损是材料三大失效方式之一。材料磨损以磨料磨损最为严重。
现已构成技术系列并已工程化和产业化的铸造耐磨材料及其技术分为以下5大类：
（1）奥氏体锰钢（含Mn13钢系列、Mn17钢系列、Mn25钢和Mn7钢系列）；
（2）耐磨损白口铸铁（含高铬、中铬、低铬白口铸铁系列）；
（3）非锰系耐磨损合金钢（奥氏体锰钢之外的耐磨合金钢）；
（4）耐磨损球墨铸铁；
（5）耐磨损钢铁复合材料。
1.1铸造钢铁耐磨材料
（1）奥氏体锰钢。目前奥氏体锰钢还是国内外用量最大的一类耐磨钢，以Mn13系列和Mn17系列为主。控制P、Si、O、H含量是锰钢件生产的关键技术；另外为减少铸造高锰钢晶粒易粗大和柱状晶现象，V、Ti、Nb、B和RE等微量元素常被加入高锰钢。
（2）耐磨损白口铸铁。耐磨白口铸铁的主要特点是高硬度和低韧性。Cr15、Cr20和Cr26系列高铬耐磨铸铁在国内外均已大批量生产和应用。
我国又研发了中铬硅耐磨铸铁和适于铸态应用的低铬耐磨铸铁，并已批量生产和工业应用。
澳大利亚研发出高硬度高碳高铬过共晶耐磨铸铁材料。
（3）非锰系耐磨损合金钢。非锰系耐磨合金钢以硬度较高、韧性较高和强度较高，特别是硬韧性匹配良好为特点。
（4）耐磨损球墨铸铁。我国等温淬火含碳化物球墨铸铁（CADI），含有少量碳化物形成元素Cr，具有较高硬度、一定韧性和良好加工硬化特性，研发工作已取得阶段成果。
耐磨材料铸件
（5）耐磨损钢铁复合材料。比利时研制出“Bimetal”、“Duocast”、“Xwin”耐磨复合材料技术，用于磨辊和磨盘生产和应用，效果良好。
我国双液双金属材料、镶铸复合材料实现了工业化生产和应用。
陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料是近年国内外研发的热点之一。
（二）国外发展现状及发展趋势
1．奥氏体锰钢
目前奥氏体锰钢还是国外用量最大的一类耐磨钢。国外生产和应用的奥氏体锰钢也是以Mn13系列和Mn17系列为主，其中屈服强度和耐磨性较高的Mn13Cr2和Mn17Cr2耐磨钢的市场用量较大。国外迄今在大冲击载荷磨料磨损工况，如圆锥式破碎机轧臼壁和破碎壁以及大中型湿式矿山球磨机衬板等仍主要选用奥氏体锰钢。
奥氏体锰钢的标准化工作起步较早，1999年国际标准化组织发布《奥氏体锰钢铸件》（ISO13521：1999）国际标准。其中标准含碳量的ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2还被列入了奥氏体锰钢铸件国际标准。工业发达国家生产高锰钢件时比较重视冶炼过程，其冶金质量较好。
2.耐磨损白口铸铁
目前国外渣浆泵过流件、反击破板锤等仍主要选用耐磨白口铸铁。Cr15、Cr20和Cr26系列高铬耐磨铸铁在国外均已大批量生产和应用。耐磨损白口铸铁的标准化工作起步较早，现有ISO国际标准。
低碳含量（1.1％～2.0％C）的Cr12高铬铸铁，淬火回火后硬度≥HRC50，具有较好的韧性，近些年在国外生产和应用逐渐增多。近年高硬度过共晶高铬铸铁研发与应用取得进展，澳大利亚沃曼公司制造的A217高碳高铬白口铸铁（5.0%C，35%Cr）硬度超过HRC63，应用于渣浆泵过流件，使用寿命大幅度提高。
3.非锰系耐磨损合金钢
目前国际上挖掘机斗齿、破碎汽车的大型锤破机锤头等选用非锰系耐磨合金钢。采用AOD炉等精炼工艺技术以提高合金钢综合性能，是国外生产此类铸钢的先进技术。
4.耐磨损钢铁复合材料
钢铁基耐磨复合材料是近些年国外耐磨材料研究开发的热点之一。前些年比利时研制出“Bimetal”钢铁双金属复合技术（耐磨层是硬度＞HRC61的高铬铸铁，其他部位是αkn＞245 J/cm2的低碳合金钢）；开发出“Duocast”复合技术，将高硬度高铬铁镶嵌在球铁中，生产出大型立磨的磨辊；研发“Xwin”技术在立磨高铬合金磨盘（磨辊）表层镶嵌高硬异质颗粒。之后又将Duocast和Xwin复合技术再组合用于立磨磨辊。此复合铸造材料磨辊和磨盘生产和应用效果良好，反映出该复合铸造材料技术是一种先进技术，值得借鉴。但在简化工艺、保证工艺稳定性和生产成本控制方面值得关注。
（二）国内外的差距
在耐磨材料技术方面，我国材料研发水平较高，工艺技术水平和装备水平还有一些差距。与耐磨材料工业发达国家相比，我国铸造耐磨材料的主要差距和不足是：整体技术研发和技术改造能力较弱；企业自主创新投入严重不足；自动化和机械化生产程度有待提高；缺乏专业人才；知识产权认识和保护不足；采用先进标准组织生产不够，执行标准不严格；企业工艺技术水平参差不齐；缺乏核心关键技术；用新技术、新工艺生产高附加值高端产品的认识不足；科技成果转化和推广应用较差；生产装备水平较低；产品质量不够稳定；熔炼与精炼水平较低，碱性电弧炉应用较少，精炼炉应用甚少；大型耐磨件制造困难；铸件粗糙度等表面质量较差；尺寸和重量偏差较大；先进检测仪器和手段的应用较少；产品国际竞争力欠佳。
（三）问题分析与解决思路
我国铸造耐磨材料产业技术与世界先进水平还有5～10年的差距，产业技术研发能力不够与技术投入不足是这种差距的主要原因。
通过加大投入、资源整合和协同创新，实现产业技术创新、改造与突破，是我国铸造耐磨材料升级的迫切任务。
