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1、鑄鋼件熱裂的產(chǎn)生和防止摘 要 分析了熔模鑄鋼件熱裂產(chǎn)生的原因和過程，論述了防止熱裂的工藝措施，并介紹了自割內(nèi)澆口轉(zhuǎn)移熱裂及其設計方法。關(guān)鍵詞：熔模鑄造 鑄鋼 熱裂 熱裂是熔模鑄鋼件常見的缺陷之一。隨著熔模鑄造的發(fā)展，復雜件、薄壁件越來越多，型殼的強度也得到了很大提高，熔模鑄鋼件中熱裂缺陷的比例也隨之上升。如何防止熱裂成了熔模鑄造技術(shù)工作人員關(guān)心和棘手的問題。1 熱裂產(chǎn)生的原因 當鑄件某個部位的應力達到或超過其材質(zhì)的強度極限時，鑄件該部位將會產(chǎn)生裂紋。鑄件的裂紋分為熱裂和冷裂兩類。如果裂紋是在凝
2、固過程中形成，則此裂紋稱為熱裂。熱裂的裂口斷面呈氧化色，裂口粗糙，其微觀組織為晶間斷裂。如果裂紋是在鑄件完全凝固后形成的，則此裂紋稱為冷裂?！ ¤T件在凝固時會產(chǎn)生較大的收縮，當此收縮受鑄型的阻礙或受鑄件其余部分的牽制，則會產(chǎn)生應力。而鑄件材質(zhì)在凝固階段的強度極限極低，因此應力很可能達到或超過其強度極限而使鑄件局部產(chǎn)生裂紋。如果裂紋是在凝固前期形成，而此時仍存在著較大比例的液相且具有良好的流動充填性，則裂紋被液相焊合。但當裂紋在凝固后期形成(一般指固相率>0.7),此時固相骨架已經(jīng)比較致密，所殘余的
3、液相難以充填彌合裂紋，則裂紋將會進一步發(fā)展并殘留下來，熱裂形成點大致在固相線附近?！ 崃淹a(chǎn)生在鑄件“弱點”部位，所謂“弱點”即鑄件凝固過程中結(jié)殼最薄部位。這些“弱點”通常是鑄件壁連接的內(nèi)角或澆注系統(tǒng)引入部位等一些局部過熱部位。 熱裂的產(chǎn)生過程大致如下：鑄件凝固初期，在其平面和圓柱表面部位以及外圓角部位凝固結(jié)殼而具有了一定強度和剛度。之后在內(nèi)圓角部位也凝固結(jié)殼而具有一定強度和剛度。同時結(jié)殼因凝固冷卻而產(chǎn)生收縮，此時結(jié)殼將受到與其相連的鑄型型壁的阻礙而產(chǎn)生應力，特別是鑄件的突起部位。隨著凝固的
4、進行，結(jié)殼增厚，澆注金屬的比強度增大，結(jié)殼的總強度也增大。但是由于鑄型型殼受熱產(chǎn)生膨脹、燒結(jié)而使鑄件的收縮受阻增大，引起了凝固結(jié)殼中應力增大。當鑄件凝固結(jié)殼的“弱點”部位處的應力達到了澆注金屬的強度極限，則在“弱點”部位產(chǎn)生裂紋，此裂紋穿透了“弱點”部位結(jié)殼的整個厚度。在此裂紋形成的同時，應力將相應緩解。隨著凝固的繼續(xù)進行，在斷裂點形成了新的凝固結(jié)殼，應力又將重新產(chǎn)生和增大，且集中在原斷裂點的相對部位。當此“弱點”部位的應力再次達到澆注金屬材料的強度極限時，則會再次斷裂。如此裂紋繼續(xù)發(fā)展直到貫穿鑄
5、件“弱點”部位整個截面。但是如果型殼表面層過熱超過1100～1200℃以后產(chǎn)生軟化，則能激烈降低收縮應力，裂紋的發(fā)展也會中止。提高模殼退讓性！2 熱裂的防止 由上可知，熱裂的產(chǎn)生部位是在鑄件的“弱點”上，此“弱點”可以是鑄件結(jié)構(gòu)不合理引起的，例如鑄件壁的連接結(jié)構(gòu)不合理，內(nèi)圓角半徑過小等。也可以是鑄造工藝不合理引起的，例如澆注系統(tǒng)設計不合理，導致局部過熱而形成“弱點”。本文主要是從鑄造工藝角度來分析探討如何防止熔模鑄鋼件的熱裂缺陷。2.1 選擇熱裂敏感小的鑄造合金，嚴格控制有害元素S的含量 不同
6、鑄造合金，對熱裂的敏感性也不同。凡是凝固過程中收縮系數(shù)較小，凝固時形成的固相的強度較高的合金，其熱裂敏感性較小。因此凡有利于提高固相線附近結(jié)殼高溫強度和降低結(jié)殼收縮率的因素都有利于減緩熱裂的產(chǎn)生。表1所示為某些合金鋼在固相線以上30～40℃時的高溫強度?！ G20雖然其凝固時的高溫強度較高，但由于其凝表1 合金鋼在固相線以上30～40℃時的高溫強度［1］Table1 Hightemperaturestrengthofalloysteeloversolidus30～40℃鋼的牌號Mn131Cr13
7、T10ZG55ZG3530CrNiMo工業(yè)純鐵ZG201Cr18Ni9Ti高溫強度/MPa0.30.40.50.71.21.21.42.12.5固時會發(fā)生δ→γ的相變而產(chǎn)生大的線收縮，因此該合金仍然具有較大的熱裂敏感性而較容易產(chǎn)生熱裂?！ ×蚴卿撝杏泻υ亍D1所示為不同澆注溫度時硫?qū)︿摳邷貜姸鹊挠绊?。鋼在凝固時，由于硫的存在，在晶界處出現(xiàn)FeS和Fe的低熔點共晶，而使鋼在高溫時的強度降低。因此含硫高的鋼，其熱裂敏感性大。圖1 含硫量對鋼在結(jié)晶溫度附近的強度影響［1］Fig.1 Strength
8、of steel nearby crystallization temperature with S content 表2所示為含硫量與鑄件熱裂產(chǎn)生的關(guān)系。由表可知，含硫量高時鑄件中形成熱裂多。因此用稀土對鋼冶煉時進行純化處理，降低鋼中含硫量是防止熔模鑄鋼件產(chǎn)生熱裂的有效措施之一。表2 含S量與鑄鋼件熱裂的關(guān)系［2］Table2 HottearofsteelcastingwithScontent鑄鋼件熱裂含S量/%堿性電爐鋼酸性平爐鋼沒 有0.002～0.0080.024不 多0
