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铸件裂痕到底是什么原因?怎么处理?
发布日期:2017-11-3 9:05:12 【大】【中】【小】【关闭窗口】

在生产铸件前总是满怀期待,希望能够一次成型,减少废品率,但往往会事与愿违,生产的铸件出现裂纹,甚至开裂,让不少铸造人叹息,那铸件裂纹是怎么形成的?又应该怎么防止呢?


铸件裂痕主要分为两类,热裂和冷裂!
1、热裂


热裂是裂纹外形弯弯曲曲,断口很不规则呈藕断丝连状,而且表面较宽,越到里面越窄,属热裂其机理是:钢水注入型腔后开始冷凝,当结晶骨架已经形成并开始线收缩后,由于此时内部钢水并未完成凝固成固态使收缩受阻,铸件中就会产生应力或塑性变形,当它们超过在此高温下的材质强度极限时,铸件就会开裂。


热裂纹的形貌和特征


热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下,因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展,其形状粗细不均,曲折而不规则。裂纹的表面呈氧化色,无金属光泽。铸钢件裂纹表面近似黑色,而铝合金则呈暗灰色。外裂纹肉眼可见,可根据外形和断口特征与冷裂区分。


热裂纹又可分为外裂纹和内裂纹。在铸件表面可以看到的热裂纹称为外裂纹。外裂纹常产生在铸件的拐角处、截面厚度急剧变化处或局部疑固缓慢处、容易产生应力集中的地方。其特征是表面宽内部窄,呈撕裂状。有时断口会贯穿整个铸件断面。热裂纹的另一特征是裂纹沿晶粒边界分布。内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位裂纹形状很不规则,断面常伴有树枝晶,通常情况下,内裂纹不会延伸到铸件表面。


热裂纹形成的原因


形成热裂纹的理论原因和实际原因很多,但根本原因是铸件的凝固方式和凝固时期铸件的热应力和收缩应力。


液体金属浇入到铸型后,热量散失主要是通过型壁,所以,凝固总是从铸件表面开始。当凝固后期出现大量的枝晶并搭接成完整的骨架时,固态收缩开始产生。但此时枝晶之间还存在一层尚未凝固舶液体金属薄膜(液膜),如果铸件收缩不受任何阻碍,那么枝晶骨架可以自由收缩,不受力的作用。当枝晶骨架的收缩受到砂型或砂芯等的阻碍时,不能自由收缩就会产生拉应力。当拉应力超过其材料强度极限时,枝晶之间就会产生开裂。如果枝晶骨架被拉开的速度很慢,而且被拉开部分周围有足够的金属液及时流入拉裂处并补充,那么铸件不会产生热裂纹。相反,如果开裂处得不到金属液的补充,铸件就会出现热裂纹。


由此可知,宽凝固温度范围,糊状或海绵网络状凝固方式的合金最容易产生热裂。随着凝固温度范围的变窄,合金的热裂倾向变小,恒温凝固的共晶成分的合金最不容易形成热裂。热裂形成于铸件凝固时期,但并不意味着铸件凝固时必然产生热裂。主要取决于铸件凝固时期的热应力和收缩应力。铸件凝固区域固相晶粒骨架中的热应力,易使铸件产生热裂或皮下热裂;外部阻碍因素造成的收缩应力,则是铸件产生热裂的主要条件。处于凝固状态的铸件外壳,其线收缩受到砂芯、型砂、铸件表面同砂型表面摩擦力等外部因素阻碍,外壳中就会有收缩应力(拉应力),铸件热节,特别是热节处尖角所形成的外壳较薄,就成为收缩应力集中的地方,铸件最容易在这些地方产生热裂。


热裂纹产生的原因体现在工艺和铸件结构方面其中有:铸件壁厚不均匀,内角太小;搭接部位分叉太多,铸件外框、肋板等阻碍铸件正常收缩;浇冒口系统阻碍铸件正常收缩,如浇冒口靠近箱带或浇冒口之间型砂强度很高,限制了铸件的自由收缩;冒口太小或太大;合金线收缩率太大;合金中低熔点相形成元素超标,铸钢铸铁中硫、磷含量高;铸件开箱落砂过早,冷却过快。


如何防止热裂纹发生


1.改善铸件结构

壁厚力求均匀,转角处应作出过渡圆角,减少应力集中现象。轮类铸件的轮辐必要时可做成弯曲状。


2.提高合金材料的熔炼质量

采用精炼和除气工艺去除金属液中的氧化夹杂和气体等。控制有害杂质的含量,采用合理的熔炼工艺,防止产生冷裂纹。


3、采用正确的铸造工艺措施

使铸件实现同时凝固不仅有利于防止热裂纹,也有助于防止冷裂纹。合理设置浇冒口的位置和尺寸,使铸件各部分的冷却速度尽量均匀一致,减少冷裂纹倾向。


正确确定铸件在砂型中的停留时间砂型是一种良好的保温容器,能使铸件较厚和较薄处的温度进一步均匀化,减少它们之间的温度差,降低热应力,减少冷裂纹倾向。延长铸件在铸型内的停留时间,以免开箱过早在铸件内造成较大的内应力,而产生冷裂纹。


增加砂型、砂芯的退让性铸件凝固后及早卸去压箱铁,松开砂箱紧固装置等,是防止由于收缩应力而使铸件产生冷裂的有效措施。大型铸件的砂型和砂芯,在浇注后可提前挖去部分型砂和芯砂,以减少它们对铸件的收缩阻力,促使铸件各部分均匀冷却。铸件在落砂、清理和搬运过程中,应避免碰撞、挤压,防止铸件产生冷裂纹。


4、时效热处理

铸造应力大的铸件应及时进行时效热处理,避免过大的残余应力使铸件产生冷裂纹。必要时,铸件在切割浇冒口或焊补后,还要进行一次时效热处理


2、冷裂

冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时,因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。冷裂纹总是发生在冷却过程中承受拉应力的部位,特别是拉应力集中的部位。冷裂纹与热裂纹不同,冷裂纹往往穿晶扩展到整个截面,外形呈宽度均匀细长的直线或折线状,冷裂纹的断口表面子净有金属光泽或呈轻度氧化色,裂纹走向平滑,而非沿晶界发生。这与热裂纹有显著的不同。冷裂纹检验用肉眼可见,可根据其宏观形貌及穿晶扩展的微观特征,与热裂纹区别。


当铸件内的铸造应力大于金属的强度极限时,铸件将产生冷裂纹。因此凡是增加铸件应力和降低金属强度的因素都可能促使铸件产生冷裂纹。


冷裂纹产生的主要原因有以下几方面


1、铸件结构


铸件壁厚不均匀,促使铸件产生铸造应力,有时会产生冷裂纹类缺陷。刚性结构的铸件,由于其结构的阻碍,容易产生热应力,从而使铸件产生冷裂纹。如一“薄壁大芯”壁厚均匀的箱形铸件,由于砂芯的阻碍而产生了临时收缩应力,当超过合金材料的抗拉强度时,就会使铸件产生冷裂。


2、浇冒口系统设计不合理


对于壁厚不均匀的铸件,如果内浇口设置在铸件的壁厚部分时,将使铸件厚壁部分的冷却速度更加缓慢,导致或加剧铸件各部分冷却速度的差别,增大铸造的热应力,促使铸件产生冷裂纹。浇冒口设置不当,直接阻碍铸件收缩,也促使铸件产生冷裂纹。由于浇口比铸件薄,浇口首先凝固,当铸件向内收缩受到浇口的阻碍时,产生拉应力,通常容易在两个浇口之间的壁上产生冷裂纹。其次,型砂或芯砂的高温强度或干强度太高,高温退让性差,使铸件收缩受到阻碍,产生很大的拉应力,导致铸件产生冷裂纹。


3、合金材料的化学成分不合格


钢中含碳量和其他合金元素含量偏高使铸件容易发生冷裂纹。韧性合金材料不易产生冷裂纹,脆性合金材料易产生冷裂纹。磷是钢中的有害元素,当含ω(P)>0.05%时,使钢冷脆性增加,容易产生冷裂纹。在灰铸铁中,存在过量的反石墨化元素,也会引起铸件的收缩量增加,导致铸件产生冷裂纹。


4、控制开箱时间


铸件开箱过早,落砂温度过高,在清砂时受到碰撞、挤压都会引起铸件开裂。

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