铸件热裂纹的原因及其防治措施

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. 铸件常见缺陷的产生原因及防止方法

一、气孔（气泡、呛孔、气窝）

特征：气孔是存在于铸件表面或内部的孔洞，呈圆形、椭圆形或不规则形，有时多个气孔组成一个气团，皮下一般呈梨形。呛孔形状不规则，且表面粗糙，气窝是铸件表面凹进去一块，表面较平滑。明孔外观检查就能发现，皮下气孔经机械加工后才能发现。

形成原因：1、模具预热温度太低，液体金属经过浇注系统时冷却太快。

2、模具排气设计不良，气体不能通畅排出。

3、涂料不好，本身排气性不佳，甚至本身挥发或分解出气体。

4、模具型腔表面有孔洞、凹坑，液体金属注入后孔洞、凹坑处气体迅速膨胀压缩液体金属，形成呛孔。

5、模具型腔表面锈蚀，且未清理干净。

6、原材料（砂芯）存放不当，使用前未经预热。

7、脱氧剂不佳，或用量不够或操作不当等。

防止方法：1、模具要充分预热，涂料（石墨）的粒度不宜太细，透气性要好。

2、使用倾斜浇注方式浇注。

3、原材料应存放在通风干燥处，使用时要预热。

4、选择脱氧效果较好的脱氧剂（镁）。

5、浇注温度不宜过高。

二、缩孔（缩松）

特征：缩孔是铸件表面或内部存在的一种表面粗糙的孔，轻微缩孔是许多分散的小缩孔，即缩松，缩孔或缩松处晶粒粗大。常发生在铸件内浇道附近、冒口根部、厚大部位，壁的厚薄转接处及具有大平面的厚薄处。

形成原因：1、模具工作温度控制未达到定向凝固要求。

2、涂料选择不当，不同部位涂料层厚度控制不好。

3、铸件在模具中的位置设计不当。

4、浇冒口设计未能达到起充分补缩的作用。

5、浇注温度过低或过高。

知识篇——铸钢件产生缺陷的原因及分析与防范

在铸钢件生产中，常见的铸件缺陷有气孔、砂眼、渣孔、冲砂、掉砂、夹砂、结疤、粘砂、冷隔、浇不足、皱纹、缩孔、疏松、热裂、冷裂、应力与应变、偏析、晶粒粗大、夹杂物等。通常，产生这些缺陷的原因不单是炼钢工艺问题，有时还有铸件设计、型砂(包括涂料)、造型、精整、焊补及热处理等许多生产工序的问题，因此必须具体分析，以便采取相应的合理措施加以解决。

生产铸钢件时，最常见的铸造缺陷与冶金缺陷及其原因分析可参见以下。

粘砂

特征：

铸件丧面全部或部分覆盖着金属或金属氧化物与造型材料的混合物，或化合物的一层烧结物，使铸件表面粗糙

原因分析：

1.型砂材料中SiO2与氧化锰、氧化锰形成熔化物所致

2.型砂中粘土含量高

3.砂粒粗大或舂砂紧实度不够

4.浇注温度过高

夹砂

特征：

铸件上的金属疤块下有砂层存在。一般在除掉疤块砂层后能看到铸件正常金属

原因分析：

（1）砂型或砂芯舂的松紧不均，型的通气性不够

（2）砂型过湿，型砂拌合不匀，浇注后型或芯过热而引起气体或硅砂局部膨胀 （3）钢液进人型腔过慢，使型或芯表面局部过热

裂纹

特征：

铸件裂纹可分为热裂纹、冷裂纹。它们都是由于液态钢在高温下收缩变形受阻而形成的。铸件冷却收缩受阻后产生应力，应力超过了钢液在该温度下的强度或塑性极限，便生成裂纹

原因分析：

1.硫、磷等有害元索含量偏高易形成热裂纹

2.钢中的夹杂物与偏析容易形成应力集中

3.钢液的线收缩越大，热裂纹倾向越大

4.铸件设计的结构不良易产生局部应力集中，也会导致热裂纹

5.钢液浇注温度偏高，易于产生热裂纹

6.铸件浇、冒口排列位置不当，导致收缩受阻而产生热裂纹

7.砂型舂得过紧，退让性不良，阻碍收缩，增加热裂倾向

8.铸件冷却速度过快，或打箱过早都会造成更大的冷却应力，增加热裂倾向

9.铸件切割浇冒口不当或清理不当，热处理后冷却过快或不匀等也会导致热裂

10.铸件冷却至温度较低范围，铸件的残余应力或外界条件而形成冷裂纹

铸造铝合金热处理质量缺陷及其消除与预防

铝合金铸件热处理后常见的质量问题有：力学性能不合格、变形、裂纹、过烧等缺陷，对其产生原因和消除与预防方法分述如下。

〔1〕力学性能不合格

通常表现为退火状态伸长率〔6 5〕偏低，淬火或时效处理后强度和伸长率不合格。

其形成的原因有多种：如退火温度偏低、保温时间缺乏，或冷却速度太快;淬火温度偏低、保温时间不够，或冷却速度太慢〔淬火介质温度过高〕；不完全人工时效和完全人工时效温度偏高，或保温时间偏长；合金的化学成分出现偏差等。

消除这种缺陷，可采取以下方法：再次退火，提高加热温度或延长保温时间;提高淬火温度或延长保温时间，降低淬火介质温度；如再次淬火，则要调整其后的时效温度和时间；如成分出现偏差，则要根据具体的偏差元素、偏差量，改变或调整重复热处理的工艺参数等。

〔2〕变形与翘曲

通常在热处理后或随后的机械加工过程中，反映出铸件尺寸、形状的变化。

产生这种缺陷的原因是：加热升温速度或淬火冷却速度太快〔太剧烈〕；淬火温度太高；铸件的设计构造不合理〔如两连接壁的壁厚相差太大，框形构造中加强筋太薄或太细小〕；淬火时工件下水方向不当及装料方法不当等。

消除与预防的方法是：降低升温速度，提高淬火介质温度，或换成冷却速度稍慢的淬火介质，以防止合金产生剩余应力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纤维等隔热材料包覆薄壁部位；根据铸件构造、形状选择合理的下水方向或采用专用防变形的夹具；变形量不大的部位，则可在淬火后立即予以矫正。

〔3〕裂纹 表现为淬火后的铸件外表用肉眼可以看到明显的裂纹，或通过荧光检查肉眼看不见的微细裂纹。裂纹多曲折不直并呈暗灰色。

产生裂纹的原因是：加热速度太快，淬火时冷却太快〔淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质冷却速度太快〕；铸件构造设计不合理〔两连接壁壁厚差太大，框形件中间的加强筋太薄或太细小〕；装炉方法不当或下水方向不对;炉温不均匀，使铸件温度不均匀等。

铸件在冷却过程中，其固态收缩受到阻碍时，就会在铸件内部产生应力，称为铸造应力，该应力是铸件产生变形、冷裂和热裂等缺陷的主要原因。

1.铸造应力的形成:

铸造应力按产生原因的不同可分为热应力、相变应力和收缩应力。

(1)热应力：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度不同，以致在同一时间内，铸件各部分收缩不一致而造成的．通常，热应力使铸件的厚壁处或心部受拉伸，薄壁处或表层受压缩．合金的固态收缩率越高、铸件的壁厚差越大，热应力也越大．预防产生热应力的基本途径是尽量减小铸件各部分的温度差，使铸件均匀地冷却．因此，设计铸件结构时，应尽量使铸件壁厚均匀，避免金属聚集，并在铸造工艺上采取必要的措施，如采取同时凝固原则．

(2)相变应力：铸件各部位在不同的时间产生相变而引起的应力称为相变应力．

(3)收缩应力：它是铸件收缩受到机械阻碍而形成的应力，因此又称为机械应力．形成机械阻碍的原因很多，如型砂舂得过紧，型砂或芯砂的高温强度太高、退让性差等．这种应力是暂时的，故又称为暂时应力．当机械阻碍的原因一经消失，应力即自行消失．由于铸件高温强度低，当应力超过其高温强度时，在应力集中的部位，容易产生裂纹(热裂)．

铸造应力是收缩应力、热应力和相变应力的综合．根据铸件的具体情况，三种应力有时互相抵消，有时互相叠加；有时是暂时存在，有时则残留下来．铸件冷却过程中所产生的铸造应力，如超过该温度下合金的屈服强度，则将产生残留变形；如超过其抗拉强度，则将产生裂纹．如在弹性强度范围内，则以残留应力的形式存在铸件内，这样就可能降低其机械强度；

或者使铸件产生变化，从而破坏机器的精度．在实际生产中，为了测定铸件中残留应力的大小及经热处理后应力消除的程度，常采用应力框试验．曲型的应力框如图4-2所示．

图1 典型的应力框图

(a)锯开前；(b)锯开后

计算应力采用如下公式：

式中 σ——所测得的应力值，MPa；

l1——锯开前凸块端面距离，mm；