铸钢件热裂的产生和防止

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1、铸钢件热裂的产生和防止摘　要　分析了熔模铸钢件热裂产生的原因和过程，论述了防止热裂的工艺措施，并介绍了自割内浇口转移热裂及其设计方法。关键词：熔模铸造　铸钢　热裂　　热裂是熔模铸钢件常见的缺陷之一。随着熔模铸造的发展，复杂件、薄壁件越来越多，型壳的强度也得到了很大提高，熔模铸钢件中热裂缺陷的比例也随之上升。如何防止热裂成了熔模铸造技术工作人员关心和棘手的问题。1　热裂产生的原因　　当铸件某个部位的应力达到或超过其材质的强度极限时，铸件该部位将会产生裂纹。铸件的裂纹分为热裂和冷裂两类。如果裂纹是在凝

2、固过程中形成，则此裂纹称为热裂。热裂的裂口断面呈氧化色，裂口粗糙，其微观组织为晶间断裂。如果裂纹是在铸件完全凝固后形成的，则此裂纹称为冷裂。　　铸件在凝固时会产生较大的收缩，当此收缩受铸型的阻碍或受铸件其余部分的牵制，则会产生应力。而铸件材质在凝固阶段的强度极限极低，因此应力很可能达到或超过其强度极限而使铸件局部产生裂纹。如果裂纹是在凝固前期形成，而此时仍存在着较大比例的液相且具有良好的流动充填性，则裂纹被液相焊合。但当裂纹在凝固后期形成(一般指固相率>0.7),此时固相骨架已经比较致密，所残余的

3、液相难以充填弥合裂纹，则裂纹将会进一步发展并残留下来，热裂形成点大致在固相线附近。　　热裂往往产生在铸件“弱点”部位，所谓“弱点”即铸件凝固过程中结壳最薄部位。这些“弱点”通常是铸件壁连接的内角或浇注系统引入部位等一些局部过热部位。　　热裂的产生过程大致如下：铸件凝固初期，在其平面和圆柱表面部位以及外圆角部位凝固结壳而具有了一定强度和刚度。之后在内圆角部位也凝固结壳而具有一定强度和刚度。同时结壳因凝固冷却而产生收缩，此时结壳将受到与其相连的铸型型壁的阻碍而产生应力，特别是铸件的突起部位。随着凝固的

4、进行，结壳增厚，浇注金属的比强度增大，结壳的总强度也增大。但是由于铸型型壳受热产生膨胀、烧结而使铸件的收缩受阻增大，引起了凝固结壳中应力增大。当铸件凝固结壳的“弱点”部位处的应力达到了浇注金属的强度极限，则在“弱点”部位产生裂纹，此裂纹穿透了“弱点”部位结壳的整个厚度。在此裂纹形成的同时，应力将相应缓解。随着凝固的继续进行，在断裂点形成了新的凝固结壳，应力又将重新产生和增大，且集中在原断裂点的相对部位。当此“弱点”部位的应力再次达到浇注金属材料的强度极限时，则会再次断裂。如此裂纹继续发展直到贯穿铸

5、件“弱点”部位整个截面。但是如果型壳表面层过热超过1100～1200℃以后产生软化，则能激烈降低收缩应力，裂纹的发展也会中止。提高模壳退让性！2　热裂的防止　　由上可知，热裂的产生部位是在铸件的“弱点”上，此“弱点”可以是铸件结构不合理引起的，例如铸件壁的连接结构不合理，内圆角半径过小等。也可以是铸造工艺不合理引起的，例如浇注系统设计不合理，导致局部过热而形成“弱点”。本文主要是从铸造工艺角度来分析探讨如何防止熔模铸钢件的热裂缺陷。2.1　选择热裂敏感小的铸造合金，严格控制有害元素S的含量　　不同

6、铸造合金，对热裂的敏感性也不同。凡是凝固过程中收缩系数较小，凝固时形成的固相的强度较高的合金，其热裂敏感性较小。因此凡有利于提高固相线附近结壳高温强度和降低结壳收缩率的因素都有利于减缓热裂的产生。表1所示为某些合金钢在固相线以上30～40℃时的高温强度。　　ZG20虽然其凝固时的高温强度较高，但由于其凝表1　合金钢在固相线以上30～40℃时的高温强度［1］Table1　Hightemperaturestrengthofalloysteeloversolidus30～40℃钢的牌号Mn131Cr13

7、T10ZG55ZG3530CrNiMo工业纯铁ZG201Cr18Ni9Ti高温强度/MPa0.30.40.50.71.21.21.42.12.5固时会发生δ→γ的相变而产生大的线收缩，因此该合金仍然具有较大的热裂敏感性而较容易产生热裂。　　硫是钢中有害元素。图1所示为不同浇注温度时硫对钢高温强度的影响。钢在凝固时，由于硫的存在，在晶界处出现FeS和Fe的低熔点共晶，而使钢在高温时的强度降低。因此含硫高的钢，其热裂敏感性大。图1　含硫量对钢在结晶温度附近的强度影响［1］Fig.1　Strength　

8、of　steel　nearby　crystallization　temperature　with　S　content　　表2所示为含硫量与铸件热裂产生的关系。由表可知，含硫量高时铸件中形成热裂多。因此用稀土对钢冶炼时进行纯化处理，降低钢中含硫量是防止熔模铸钢件产生热裂的有效措施之一。表2　含S量与铸钢件热裂的关系［2］Table2　HottearofsteelcastingwithScontent铸钢件热裂含S量/%碱性电炉钢酸性平炉钢没　有0.002～0.0080.024不　多0