钢铸内部常规缺陷的形成原因及消除方法

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1、钢铸内部常规缺陷的形成原因及消除方法【摘要】钢铸件中的常规缺陷的种类很多，本论文主要阐述一些在生产实践中较长发生的，且在制造零件中比较容易造成的缺陷，例如钢的缩松，缩孔，偏析，气泡，夹杂物，裂纹等，并给出缺陷的形成原因以及消除这些缺陷的相关工艺与方法。　　【关键词】热处理；缺陷；淬火；回火　　1.缩孔与缩松　　形成原因：金属凝固过程中由于各部分结晶先后及体积收缩的不同，形成集中的空穴与空洞，称为缩孔；一般的铸锭及铸件设计都有足够数量与体积的冒口，以便使缩孔尽可能减少，并集中于冒口以便切除，担当錠模设计不当使钢锭的缩孔深及锭身或产生二次缩孔或锻压时钢锭切头量过少使缩孔

2、未能除净，使钢锭仍存在部分缩孔因此引起的内部破裂，甚至发展为贯穿锻件的裂纹，缩孔的相对体积与液态金属的温度冷却条件以及铸锭的大小等有关，(1)液态金属的温度越高，则液固体积差越大；(2)薄壁铸型中浇注金属，型壁越薄，受热越快，金属液越不易冷却，在刚注完时，液态金属的体积就越大，冷凝后缩孔也就越大。　　消除缺陷的热处理工艺方法：　　1.1减小或消除缩孔　　提高浇冒空的液体金属面以增加液体金属的静压力并使铸件在冷凝过程中能得到不断的补充，同时设计合理的浇注系统避免死角，避免浇注温度过高，注速过高，因为缩孔比较大，很难通过热处理工艺方法来消除。　　1.2减少或消除缩松　　

3、主要在于减少钢中的杂质和气体，选用纯净干燥的炉料，进行脱氧去气，在锻轧时采用较大的锻压比，对于成型的铸件可以进行均匀化退火——加热温度大于Ac3或Acm，在固相线以下高温加热，保温时间较长，一般为十几小时到几十小时，冷却速度小于300oC空冷，为细化晶粒还要补充退火。　　2.气泡　　气泡是钢种气体引起的缺陷。　　(1)皮下气泡产生原因一种是钢锭模壁涂料中含有大量水分，如砂型铸造时砂中含有水分，金属型铸造时，涂料中含有水分或有机物。当钢液注入后形成大量的气体。二是浇注时，钢液发生飞溅，溅粒落在模壁上并氧化成氧化铁，当它们与上升的钢液接触后，会产生气体。　　(2)蜂窝气

4、泡常存在于钢锭内部，多垂直于钢锭边界排列，尺寸较大，数量较多，形成主要原因是钢液脱氧去气不良致使钢液中含有气体过多。　　消除缺陷的热处理工艺与方法：对于非常微小气泡，可以经过退火进行消除气泡，稍大的气泡只能经过机械加工进行加工或切除，主要防止气泡的方法还是预防，在浇筑时尽量减少和空气的接触，减少气体的含量，减少可分解出气体的杂志的含量，增加冒口数量。　　3.偏析　　偏析即合金在冷凝过程中，由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象。　　3.1树枝状偏析　　钢液在凝固结晶过程中，形成树枝状晶轴，在一次晶轴上的一定角度下长出二次晶轴，然后依次长出三次，四次，基于这种结

5、晶特点造成了枝状晶轴与晶之间的成分不均匀，晶轴一般为钢液纯度较高部分，晶轴之间则聚集碳，合金元素及杂质。　　3.2方框型偏析　　由于铸件结晶时，在柱状晶的末端与铸件芯部等轴晶区之间聚集了许多的杂质和孔隙而形成，其中碳的偏析是主要的。　　3.3点状偏析　　一般由于钢中存在大量气体和杂质造成，即气体形成的气泡被一层凝固的金属覆盖着，气泡阻碍热的消散，妨碍其后的钢液冷却，使之聚集较多的杂质，凝固于钢液中，一般点状偏析的地方含硫化物也较多。　　3.4反偏析　　即钢内部组织较致密，外部组织较疏散，多是由于钢中的碳及杂质的偏析引起的，也可能是钢液在冷却时析出中心的气体把一定量的

6、液体排到表层的结果。　　3.5带状偏析　　由碳化物沿热加工方向延伸，呈带状分布，由锻造比较小，以致碳化物不均匀特别严重。　　总之，钢的偏析与钢的成分，钢中的气体与杂质，浇注和冷却条件等都有关系。　　4.夹杂物　　4.1金属夹杂物　　在生产过程中，从设备或容器上剥落而掺入金属的金属杂质，或加入的铁合金数量过多，或块状过大而未熔完全，飞溅形成的小钢粒等金属杂质物。　　4.2非金属杂物　　在冶炼时，钢中的气体与脱氧剂及金属元素的反应产物，以及混入钢中的耐火材料碎片，常见非金属夹杂物为硫化物，氧化物，氮化物与硅酸盐等。　　4.3翻皮　　多见于底注钢锭的上部或中部，是当钢水凝

7、固时液面上形成的一层氧化膜，随钢液温度降低，氧化膜厚度增加，与钢锭内壁粘结，底注时，继续上升的钢液如果注速过大会冲破这层氧化膜，使被破坏的氧化膜翻起卷入钢液中，形成夹杂物。　　钢的热处理虽然不能改变钢中的非金属夹杂物的性质与数量，但由于可以使钢的强度，塑性与韧性获得改善，也在一定程度上消弱了非金属夹杂物对钢的机械性能的不利影响。如在正火回火后机械性能不合格的曲轴，经850oC淬火油冷并650oC回火后，机械性能获得显著的改善。对于金属夹杂物，在于冶炼及浇注过程中，注意原料的洁净，以减少外来夹杂物的含量。　　5.白点　　白点是热轧钢坯和大型锻件在钢内部破裂，是比较