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鑄鋼節(jié)點材料

大型體育場館上部建筑中節(jié)點件是關(guān)鍵件，是上部各部件連接,是使整個穹頂聯(lián) 接天衣無鐘、美觀、自然的關(guān)鍵，本文著重對節(jié)點用材料進行分析,為節(jié)點件的制造提供較為明確關(guān)注點。

1.前言

在當今的大型體育場館、劇院、展覽館等 大跨度頂部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜鏈接中大多采用鑄鋼節(jié) 點。鑄鋼是鋼品種中很重要組成部分，鑄鋼件 既有液態(tài)成型的一切長處，又可保有各種鋼所 特有的優(yōu)異性能。鑄鋼按化學成分主要分為鑄 造碳鋼和鑄造合金鋼，其中有些鋼種，有些零 件本身性能特點，不可能用機加工、焊接、軋制、 鍛造等手段獲得，只能用鑄造方法。節(jié)點產(chǎn)品 就屬于只能用鑄造方法加工的產(chǎn)品。鑄鋼節(jié)點 用鋼要求低硫磷含量，高純凈度和高的低溫沖 擊性能，屈服強度 >300Mpa,抗拉強度=500- 650MPa,伸長率 A 3 22%,沖擊功（J/-40C） >270本文從節(jié)點材料的熱處理性能及鑄造性能 入手論證節(jié)點選材的可行性。

2.實際應(yīng)用舉例

以伊拉克AL-MENNA體育場節(jié)點為例：首先，節(jié)點外型復(fù)雜，有五個聯(lián)接用法蘭， 有八個形狀復(fù)雜的索槽。其次，節(jié)點材料屬于低碳低合金焊接結(jié)構(gòu)碳鋼，此材料使用鑄造工 藝可提高效率、節(jié)約成本。節(jié)點產(chǎn)品使用環(huán)境 特殊，要求使用壽命長、不易更換、安全系數(shù)高、 抗震。所以材料抗拉強度、屈服強度、延伸率、 抗沖擊性能等綜合性能要有嚴格要求，從而對 化學成分也有嚴格規(guī)定。

伊拉克心網(wǎng)體育場整體效果圖索夾節(jié)點放大圖

3.節(jié)點制造用鑄造合金鋼G20Mn5QT

3. 1 G20Mn5QT的熱處理性能

本件含碳量在0.2%左右，在熱處理中達到 正火溫度后，也就是使組織達到Y(jié)相區(qū)，此時基 本組織為Y相或者說奧氏體，隨著溫度降低，組 織向a相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)閍鐵，但是Mn和Ni都 有擴大Y相區(qū)的作用，能使在常溫下獲得奧氏體 組織，所以含碳0.2%的鋼通過正火、回火處理 后，組織存在相當數(shù)量的奧氏體和鐵素體，所以 材料具有很好的延伸率和沖擊韌性。Mn、Ni不僅有擴大Y相區(qū)的作用，并都有提高強度的作用。 鐵素體、奧氏體自身的強度都比較低，都不超過 400MPa,但是由于有Mn、Ni、Si的存在，使機械 性能得到改善，強度提高，綜合性能滿足上表要求。

合金元素的存在狀態(tài)有多種：①合金元素以 原子狀態(tài)，固溶于鐵素體、奧氏體。②元素部分 與碳形成碳化物。③與鋼中的0、N、S化合，形 成非金屬夾雜物。④有的元素以游離狀態(tài)存在。 本產(chǎn)品的特點是低碳、低硫、低磷。再加血、 Ni、Si自身特點，所以Mn、Ni、Si在合金組織 中的存在形式是以固溶于鐵素體、奧氏體為主。 Mn不僅有擴大Y相區(qū)，形成無限固溶體，對鐵 素體及奧氏體均有較強的固溶強化作用，與S形 成熔點較高的MnS,可防止因FeS而導致的熱脆 現(xiàn)象，降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻時的 過冷度，細化珠光體組織以改善鋼的機械性能， 為低合金鋼的重要合金元素之一，并為無Ni及 少Ni奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。Ni擴大Y 相區(qū)，形成無限固溶體，在a鐵中溶解度 約10%,不形成碳化物，細化鐵素體晶粒，在強 度相同條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低 溫韌性，為主要奧氏體形成元素，并改善鋼的耐 腐蝕性能。Si有縮小y相區(qū)，形成Y相圈作用， 在a鐵及丫鐵中溶解度分別為18. 5%及2. 15%, 不形成碳化物，對提高鋼的綜合性能，特別是彈 性極限有利，可增強在自然條件下的耐蝕性。P 縮小Y相圈，與S、Mn聯(lián)合使用增強鋼的被切 削性，在鋼中偏析嚴重，增加鋼的回火脆性及冷 脆性，但本產(chǎn)品中P、S含量很低，其作用 也很低，所以S、P在本產(chǎn)品中的作用可不作討論。

3.2 G20Mn5QT的鑄造性能

合金元素對鑄造性能具有影響，首先是C, C有利于改善鋼水的流動性，但本產(chǎn)品C含量低， 只有0.2%,所以對鋼水的流動性不利。Si能 降低熔點，改善流動性，本產(chǎn)品含硅量為0.6%, 含量不高，Si有良好的脫氧作用，鋼水流動性 會有所改善，Mn有縮小結(jié)晶范圍，提髙流動性 的作用，但Mn增加體收縮和線收縮，增加冷、 熱裂傾向。P能改善流動性，但也增大冷、熱裂 傾向，S降低流動性，增大冷熱裂傾向，本產(chǎn)品P、 S含量很低，影響自然比較小。但綜合上述影響 比較大的當屬C、Si、Mn,綜合比較，鑄造性能 不屬于很不好，只要合理設(shè)計鑄造工藝，嚴格 執(zhí)行工藝要求，就能生產(chǎn)出性能合格、外觀完 美的節(jié)點產(chǎn)品。

3.3采用鑄造合金鋼的優(yōu)點

鑄鋼件不論其重量大小，批量多少，均易 于按設(shè)計者的構(gòu)思制成具有合理外形和內(nèi)部輪 廓、剛度高、形狀復(fù)雜且應(yīng)力集中不顯著的零件。 單件或小量生產(chǎn)時，可用木模具或聚苯乙烯氣化 模具，生產(chǎn)準備周期短，生產(chǎn)成本低。批量生產(chǎn) 時，可用塑料或金屬模具，并用適當?shù)脑煨凸に嚕?/span> 是鑄件具有符合要求的尺寸精度和表面質(zhì)量。這 些優(yōu)點是用其他方法制作難以達到的。

4.結(jié)論

節(jié)點產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求嚴格，是因為 它的重要。對于如此重要的產(chǎn)品要了解每一個細 節(jié)，對元素的含量及作用要了解，對它的性能要 了解，對它的使用及環(huán)境要了解，總之，對所有 應(yīng)了解的東西都了解后，才能設(shè)計合理的鑄造工 藝，和合理的澆注系統(tǒng)。每個產(chǎn)品都可以設(shè)計出 多種工藝方案，每一種方案都能生產(chǎn)出合格鑄件， 但哪種方案成品率高，節(jié)約工時材料，降低成本， 提高效率，區(qū)別可能是很大的，所以我們要分析 產(chǎn)品，從產(chǎn)品的每一個細節(jié)著手，包括材料,外形， 精度要求等等，根據(jù)各廠條件制定出一套完整、 可行、好的工藝?綜上所述采用G20Mn5QT作為 節(jié)點材料，經(jīng)過適當?shù)臒崽幚硗耆軌蜻_到節(jié)點 的機械性能要求，通過合理的鑄造工藝也能生產(chǎn) 出高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點鑄件。