钢铸件中裂缝的原因和解决方案

裂缝是钢铸造产量中最常见和最麻烦的缺陷之一。他们不仅损害了铸件的性能，还可能导致报废。本质上，当内部应力（主要是热应力和收缩应力）超过给定温度下材料的强度时，就会发生裂缝。根据地层的阶段，裂缝通常分为热裂缝和冷裂缝.

I.热裂缝

热裂纹通常出现在凝固的最后阶段或凝固后不久，当钢处于固体共存状态时。在此阶段，该材料的强度和延展性非常低，使其非常容易破裂。

• 温度范围：在固相线附近，约1300–1450°C。

• 特征：断裂表面被氧化，通常是黑色或蓝色的，形状不规则，曲折。

主要原因：

1. 铸造设计：壁厚和急剧过渡的显着变化会产生不均匀的冷却和严重的热应力。

2. 不合理的门控系统：位置较差或浓缩的结构不足会导致局部过热，导致在最终固化过程中破裂而没有适当的进食。

3. 成型/芯沙的可折叠性不佳：高砂强度可防止铸造的自由收缩，从而产生拉伸应力。

4. 化学组成:

• 高硫（S）和磷（P）含量在晶界处形成低熔点化合物，削弱了凝聚力并增加了热开裂趋势。

• 过多的碳（C）扩大了凝固温度范围并促进了粗糙的树突结构，对裂纹阻力也不利。

ii。冷裂缝

完全凝固后形成冷裂纹，通常是当铸件冷却低于600°C时。在此阶段，钢处于弹性状态，裂纹主要由残留应力引起。

• 温度范围：低于600°C。

• 特征：断裂表面看起来很干净，金属，有时还具有光氧化。裂缝通常是直且连续的。

主要原因：

1. 压力因素:

• 冷却速率不均匀的热应力。

• 由于对模具，芯，立管系统或盒子支撑的限制引起的收缩应力。

• 从相变的转化应力，例如奥斯丁岩随着体积膨胀而转化为马氏体。

• 高气体含量，尤其是氢，可能会导致“氢引起的开裂”。

• 过多的夹杂物充当应力集中器，从而降低裂纹抗性。

• 快速加热或冷却引入过多的热应力。

• 淬火裂纹是由马氏体转化和相关的体积应力引起的典型冷裂纹形式。

iii。预防和解决方案

发生裂缝时，应系统地追踪原因 - 从材料组成到过程控制。关键方法包括：

1. 化学组成：严格限制有害元素，例如S和P；适当调整碳含量。

2. 精炼过程：采用二级精炼以减少气体和夹杂物。

3. 铸造设计：避免突然的壁厚变化；使用平滑的过渡和鱼片来减少应力浓度。

4. 过程优化:

• 设计一个适当的门控和喂养系统，以实现顺序或平衡的凝固。

• 确保成型/芯沙具有良好的可折叠性。

• 正确涂抹起立和冷却器以控制冷却序列。

四．结论

钢铸件中的裂纹通常是多个相互作用因子的结果。正确识别裂纹类型和根本原因需要组合断裂表面观察，金相分析，过程审查和化学测试。仅通过优化从原材料选择到铸造设计和处理后的每个阶段，才能大大降低破解，从而确保更高的铸造质量。