影响铸件形成热裂的因素是多方面的,当考虑防止热裂的措施时,不能从单方面的影响因素着手解决,需结合具体情况进行综合分析,从而采取相应办法方可。
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铸件结构
铸件结构设计不合理,往往是热裂产生的原因之一。所以,在设计铸件时应注意以下几点:
a、两截而相交处不要设计成直角拐弯,须设有圆角。圆角的形状、大小视铸件的交接情况确定。图7举例说明同一用途的两种铸钢件结构。图7(a)所示结构由于两截面交接成一直角拐弯,形成了热节,造成收缩应力易于此处集中和热裂的形成。若改为图7(b)所示圆弧形结构后,热裂即被消除。
b、尽量减小并分散热节点,避免采用十字交叉的截面,在条件允许的情况下,应将交叉的截面错开。图8、9、10是各种连接形式的合理与不合理结构的对比实例。
c、必须在钢件上采用不等厚度的截面时,应使铸件各部分收缩时彼此不发生阻碍。例如手轮、齿轮等轮类铸件除在转角处做出圆角外,必要时可将轮辐做成弯曲状见图11。
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铸造工艺设计
a.液体金属经过内浇口进入型腔后,靠近内浇口的铸件冷却较慢,形成铸件上的薄弱区,因而较易产生热裂。有时,铸件收缩可能受到浇口阻碍而产生热裂。尤其是为了使金属液均匀浇入,应用复杂而且相连的浇口时,危险就更大。
如何比较合理地设置内浇口,可参照图1、13、14所示的改进方式进行设置。
b、在壁厚不均匀的截面交接处,常常产生热裂,为消防这类缺陷,经用户同意可以在这些部位设置工艺筋(见图15)。防裂工艺筋不仅可以提高铸件热裂部位的强度,更主要是能起散热作用,从而减缓“热点”集中程度,缓解热裂的产生。工艺筋设置时,要注意不宜太厚,一般为相应部位壁厚的1/3左右,否则也会导致热裂的产生(见图16)。同时,还应处理好工艺筋的形状,必要时再在此筋中增设工艺孔(见图17)。
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制壳工艺方面
提高型壳的退让性,以减少收缩阻碍,有利于减少热裂倾向,而影响退让性的因素有:粘结剂的类型和性能、耐火材料、硬化剂种类和制壳工艺等。因此,在满足强度的情况下,应尽量减少型壳的层数,对个别情况特殊的铸件,可将加固层的水玻璃密度适当调低至1.3,并采用氯化氨硬化工艺。
04
合金成分、熔炼工艺的调整与精炼
a、在不影响铸件使用性能的前提下,可适当调整合金的化学成分,缩小凝固温度范围,减少凝固期间的收缩量或选择抗裂性较好的接近共晶成份。例如:在铸造牌号为ZG45#的扳手体铸件时,由于这一类铸件易产生热裂,调整其化学成分有利于对热裂的防止。调整方法为在牌号规定范围内,将碳取下限值0.4-0.44%,硅取上限值0.45%,适当提高至0.8-0.9%,硫、磷控制在0.04%以下。
b、对碳钢及合金钢进行微合金化和变质处理,可以明显提高铸钢件的抗裂强度。加入稀土元素、或其他元素即能达到此目的,加入量一般均在0.3%以下。元素可以单独加入,也可以几种元素同时加入,常用的元素有钒、铈、钙、钛、铌等。这种方法能使铸钢晶粒细化与减少夹杂物,从而改变了钢的一次结晶过程,增强了铸钢件的抗裂性能和机械性能。如在ZG5#碳钢中加入0.5-0.%的稀释成0.%的钒可使晶粒细化,消除粗大的魏氏组织;向铬、镍、铜钢中加入0.05-0.1%的铈可以消防柱状晶组织;向ZGCr13和ZG1Cr18N19铸钢中加入0.15%铈能消防晶界夹杂,促使硫化物夹杂分布均匀;因而提高了铸钢的抗裂性。
c、改进铸钢的脱氧工艺,能提高铸钢的抗裂性能。铸钢件晶界的氧化夹杂物是热裂形成的主要原因之一。提高脱氧效果,减少氧化夹杂物并改变其分布状态可以减少铸钢热裂倾向。实验证明,采用综合脱氧比单独进行脱氧的效果好得多。这是因为脱氧产物的尺寸要比单独脱氧时大得多,因而有利于钢液将脱氧产物排除。综合脱氧方法:碳钢和低合金钢先加锰与硅预脱氧,以铝终脱氧。不锈钢钢用硅钙粒子与石灰进行扩散脱氧,然后再用块状硅钙作沉淀终脱氧,最理想的办法是采用多元复合脱氧剂。
d、控制铸钢的结晶过程,使初晶组织细化,减少热裂倾向。采用悬浮浇注法,即在钢水浇注的同时通过浇口或其他通道加入细颗粒金属粉末使初晶组织细化。例如ZG35#碳钢浇注时加入%的锰铁粉;浇注铬钼合金钢时加入粒度0.1毫米的钼粉,均有细化晶粒,提高机械性能减少铸件产生热裂缺陷的作用。
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浇注条件方面
浇注方面防止热裂的主要措施是采用高温出炉、低温浇注,浇注速度先快后慢的原则。但考虑到降低浇注温度,对于薄壁件易产生冷隔、浇不足等缺陷,所以根据铸件结构特点,应分别按以下方法生产为好。
a、在浇注薄壁与杆状(扳手、连接杆、钳子)铸件时,钢水的浇注温度控制在℃左右,型壳的温度大于℃,即要求红壳浇注。
b、对于壁厚大于0毫米的铸件,钢水的浇注温度选择在℃左右,型壳的温度在℃以下,甚至可冷壳浇注。这样有利于铸件在热裂危险期的结壳强度提高。
c、当遇到壁厚不均匀的铸件,钢水的浇注温度取℃。型壳的温度在-℃左右,但必须严格执行先快后慢的浇注方法。铸件浇注后待钢液凝固后,应将壁厚部分的型壳先清除,让这部分先冷却,以达到铸件收缩均匀之目的。以上是针对容易产生热裂的碳钢铸件采取的措施,不锈钢铸件可参照进行,但浇注温度需适当提高30-60℃左右
来源：常州精密钢管博客网