裂纹冷隔类缺陷

1、职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铜合金铸件铸造技术课程教案裂纹冷隔类缺陷制作人：杨兵兵陕西工业职业技术学院裂纹冷隔类缺陷一、热裂1.特征铸件表面或内部产生不连续的、扭曲的、走向不规格的晶间裂纹，称为热裂，如图1所示，有时在裂纹断口处可看到晶粒形状。由于裂纹是在高温下产生的，裂纹表面被强烈氧化而变色。(a) (b)图1 热裂(a) 铸件热裂 (b)热裂金相照片（×200）裂纹是铸钢尤其是合金钢（如ZG35CrMnSi）铸件最常见和危险性最大的缺陷之一。根据裂纹的部位可分为外热裂纹和内热裂纹两种。外热裂纹是从铸件外表面开始逐渐向内延伸，有时可贯穿铸件整个断面。外热裂纹常发生在厚薄

2、壁交接处、热节或拐角处，有时能用肉眼发现。内热裂则产生在铸件内部最后凝固处，常在缩孔附近，裂口表面很不平滑，有很多分叉。2.形成原因裂纹是在一定范围内形成的，一般是在合金固相线以上产生的，但该温度范围的上限是随合金种类、杂质含量、零件结构及冷却条件不同而不同的。在这个温度范围内，合金本身处于“脆性”阶段，但因温度下降合金要收缩，当收缩受到型壳阻碍，甚至此时型壳还因被加热而膨胀，或铸件已有一定刚度的先凝固部分对收缩部位产生阻碍，局部形成收缩应力及塑性变形。若应力或塑性变形超过合金在该温度下的强度极限和伸长率，铸件就会发生热裂。3.防止措施影响熔模铸件热裂的因素很多，其中以合金特性、铸件结构和熔模

3、铸造工艺的影响尤为显著。合金形成裂纹的温度范围亦称为有效凝固温度范围。这个温度范围很大，则形成裂纹的倾向性也就越大。凡扩大有效凝固温度范围、消弱合金高温强度与伸长率的元素都会促进热裂，如钢中含硫、磷量增加，均促进热裂。铸件壁厚差大，连接处又为尖角则易在交接处产生热裂。这里仅就熔模铸造工艺因素方面如何防止铸件热裂讨论如下：（1）正确设计浇注系统浇注系统特别是内浇道位置对铸件凝固时的温度分布影响很大。通常熔模铸钢内浇道设置在铸件厚实的热节处，这对热节处补缩固然有利，但加大了铸件厚实处与薄处的温差，增大了铸件热应力，使热裂倾向增大。另外，对于形状复杂、壁厚不均匀的铸件，因有较多孤立的热节，为保证补缩

4、，往往需设置多个内浇道，使浇注系统复杂，造成铸件线收缩受阻，增加铸件产生热裂的倾向。为减少热裂倾向，在设置浇注系统时，即要考虑到铸件厚大部位的补缩，又要考虑铸件厚壁处的热平衡，以减少热应力；应考虑到铸件线收缩的方向和收缩应力分布，减少铸件收缩应力；在金属液充填、补缩前提下，浇注系统形状力求简单，内浇道数量不宜过多，要特别注意内浇道间的铸件过热和浇注系统对铸件的线收缩阻碍。总之，要避免铸件最后凝固或热节处因线收缩受阻而产生拉应力，应将最后凝固部位分散，或将收缩应力分散作用于各部位，或将两者交错开，以减小铸件热裂倾向。（2）正确控制铸件冷却速度铸件冷却速度对热裂影响很复杂，对壁厚件和易产生热裂的铸

5、件，提高冷却速度可以减少热裂倾向。但对个别强烈受阻收缩的壁厚均匀的薄壁件，冷却速度过高，收缩应力往往使铸件在内浇道附近产生热裂。（3）正确选择型壳工厂经验表明，热膨胀系数小的耐火材料，如铝矾土、高岭石类熟料所制型壳浇注后型壳甚至会收缩，使用这类型壳有利于减少铸件热裂。对防止铸件热裂而言，耐火材料高温下热膨胀性能比其高温强度、热导率影响还大。关键在于铸件处于热裂温度范围时，型壳这时膨胀应小，如此时不膨胀，甚至收缩就能减少和防止热裂。二、冷裂1.特征铸件上有连续地直线状地穿过晶体的裂纹，称冷裂，如图2。冷裂常出现在铸件表面上，在铸件厚薄断面急剧过渡或尖角等应力集中处。严重时，冷裂会贯穿铸件整个断面

6、。冷裂的断口干净、有金属光泽、有时有轻微氧化，这说明裂纹是出现在较低温度时，故称冷裂。2.形成原因图2 冷裂冷裂是铸件该处铸造应力（热应力、相变应力、收缩应力）超过其合金材料强度极限而造成的。（1）铸件冷却过程中产生的热应力和相变应力，超过在弹性状态下铸件材料的强度而产生断裂。（2）在落砂清理、切割浇冒口或校正铸件过程中，有残余应力的铸件因受到外力而断裂。（3）钢水含磷、铝、硼量过高。（4）某些合金在快速冷却时形成脆性组织。3.防止措施铸造应力与铸件结构、浇注系统和合金成分等有密切关系，凡增大铸件应力的因素都能促进冷裂。为防止冷裂应：（1）改进铸件结构、使壁厚均匀，必要时可增设加强筋。合理设置

7、浇注系统，避免铸件线收缩受阻，减少铸造应力。（2）在铸件清理、矫正时，要避免剧烈撞击。（3）控制合金液中C、Cr、Mn、P等含量。C、Cr、Mn等会降低钢的导热性和塑性，因此，这些元素含量高，冷裂倾向就增大，磷使刚具有冷淬性。（4）钢液要充分脱氧，否则，在晶界便捷上聚集较多的FeO、MnO等氧化夹杂物，使钢变脆。（5）对特色合金成分件要改变其冷却速度，以防止冷裂。三、铸件脆断1.特征铸钢件断裂，断面晶粒粗大，呈冰糖状，如图3所示。铸钢件脆断常出现在脱壳、机械加工和装配过程中。图3 脆断断口2.形成原因熔炼时脱氧剂（铝）用量过高，或钢液中硫、硼含量过高，或钢液严重过热等造成铸件晶粒粗大，晶粒边界

8、上分布着氮化铝、硫化锰和网状硼化物，使钢塑性和冲击韧度显著下降，从而导致铸件晶间脆性断裂。脆断多见于碳钢和低合金钢铸件，特别是铬锰硅合金结构钢铸件。3.防止措施（1）严格控制脱氧剂（铝）的加入量，通常不得超过钢液重量的0.1%，且脱氧时尽可能使铝在钢液中均匀分布。（2）用洁净的炉料，提高炉衬质量，以防止硫、硼及其他有害杂质混入钢液。钢液中含硼量不得超过0.005%。（3）严格熔炼工艺，防止钢液严重过热。四、冷隔缺陷1.特征铸件上有没有完全融合得缝隙，其交接的边缘是圆滑的，如图4。图4 冷隔2.形成原因冷隔是金属液充填过程中，两股金属液会合时，因温度太低，造成相互不能融合在一起而形成的。具体体现在以下几点：（1）浇注温度和型壳温度低，流动性差。（2）金属含气量大，氧化严重以致流动性下降。（3）铸件壁太薄。（4）浇注系统大小和设置位置不合理，直浇道高度不够。（5）型壳焙烧不充分或型壳透气性差，在铸件中形成气袋。（6）浇注速度过慢或者浇注时金属液断流。（7）浇注量不足。3.防止措施（1）适当提高金属液浇注