铸钢件热裂纹的成因与对策分析

铸钢件热裂纹的成因与对策分析

王晓宇

中国一重集团有限公司  黑龙江齐齐哈尔161000

摘要：铸钢件热裂纹会对铸钢件质量产生严重影响，因而应对热裂纹成因进行全面分析，并选择高效可行的对策对热裂纹加以补救与预防，将铸钢件质量有效提高。本文分析了热裂纹的形成机理，论述了铸钢件热裂纹的成因，并提出了行之有效的对策。

关键词：热裂纹；成因；铸钢件；对策

引言：在凝固过程中，铸件极易存在热裂情况，进而导致铸造缺陷的存在，应选择恰当的策略加以补救。如果热裂纹情况严重，会导致产品报废，进而对于铸造工作顺利进行带来严重影响。因而应提高对热裂缝成因的重视程度，并加强分析与研究，探究出行之有效的对策避免热裂纹的产生。

一、热裂纹的形成机理

对于铸钢件而言，热裂纹以拉裂纹以及缩裂纹为主。根据图1可知，缩裂纹通常存在于圆角R部分，在周围也会存在部分微小孔洞。之所以会存在这种情况，主要由于圆角部分一般为热节位置，热节需要更长的凝固时间，进而增加了该位置存在应力集中情况的可能性，并且未能通过钢液对圆角部分进行填充，进而导致缩裂纹的出现。

图1 缩裂纹的形成

对于铸钢件而言，拉裂纹一般在具有相对较大壁厚差的部分。在浇注钢液的过程中，表面部分会最先凝固，进一步形成凝固层。凝固层强度会持续提高，且逐渐构建出枝晶骨架时，因温度相对较低，会导致骨架存在收缩情况，并且由于铸件有着相对较大的厚薄差值，难以确保各部分收缩的一致性[1]。与此同时，由于型芯具有一定的阻碍作用，导致在收缩时会形成一定的拉应力。如果拉应力超过金属断裂强度的时候，就会导致拉裂纹的存在。

二、铸钢件热裂纹的成因

铸钢件热裂纹通常在铸件凝固糊状部分，如果液体在即将凝固时会存在应力抵触以及收缩等情况，进而导致热裂纹的存在。例如，某T型热节如图2所示，a部分为在型腔内浇注钢液时，由于钢液存在收缩与流动现象，进而导致氧化膜存在卷入以及折叠等情况。b部分为基于高温条件下，因反应形成的气体，再加上夹杂因素而产生界面层。c部分为凝固环节，因收缩问题导致微小变形，基于阻碍作用下产生的应力超过材料具体断裂强度的时候，会造成微裂纹。d部分为在转角部分，因应力集中以及凝固滞后等因素，导致拉裂纹以及缩裂纹的存在。

图2 热裂纹的成因

三、铸钢件热裂纹的预防策略

应根据具体情况，选择科学合理的策略对热裂纹进行预防，将铸钢件质量有效提高。

（一）把控合金成分

对合金成分进行把控与优化，能够降低热裂缝的产生。将钢液纯净度提升上去，降低夹杂物数量，并对夹杂物形状加以优化，将金属材料实际强度有效提升，可以降低裂缝出现的几率[2]。在钢中锰与硫会形成硫化锰浮渣，因而增加锰能够将产生硫化铁的概率有效降低。钢液的氧会严重影响铸件热裂，如果铸件存在脱氧不良的情况，会增加热裂纹产生的可能性。钢中的硫以及磷会将铸钢件存在热裂现象的可能性提高，主要由于硫、磷皆可产生低熔点化合物，致使未能达到固相线温度，导致有效凝固温度有了更大的范围，并且硫、磷为表面活性元素，能够将晶粒之间液相表面张力减小，不利于液膜内部固相桥的增加，导致液膜有了更长的存在时间，增加了裂纹存在的可能性。铝能够将材料脆性提高，因而在实际生产环节应对铝含量严加把控。

（二）完善铸造工艺

应对铸造工艺加以优化，确保铸件能够同时凝固。在热节位置的缩裂纹，能够运用冒口加以补缩，还可以运用冷铁进行冷却或者是将两种方法有机结合起来，进而将裂纹消除。对于缩裂问题，最佳的方法是运用冒口补缩，可以得到更好的效果，主要是由于未能确保冷铁使用的科学性会造成严重的副作用[3]。在对两个热节进行连接的过程中，能够运用一个冒口。如果应力集中位置存在拉裂纹，可以通过冷铁局部激冷将热裂消除，该方法能够确保铸件局部部位温度快速下降，将温度控制在容易开裂温度下，确保在材料未存在大量应变应力前能够将其全面加强，避免裂纹问题的存在。若裂纹在形状复杂的位置，难以进行冷铁、冒口的添加，应局部填防宝珠砂、锆英砂等，进而有效避免存在裂纹问题。对于热节或者是拐角位置，应运用增设强筋以及增大圆角等，将热裂问题有效消除。

（三）优化充型过程

对浇注系统加以完善，进而降低充型环节生成双层膜的数量，避免热裂问题的出现。在对浇注系统加以设计的过程中，应通过底注垂直内浇口的方法展开浇注，如果横浇道具备诸多内浇口，应进行截面状设计，将浇口流动的平稳性有效提高。严禁进行凹陷尖锐拐角的设计，应将曲线设计科学运用起来，将应力分布的科学性以及均匀性全面增强。除此之外，应提高对浇冒口系统的重视程度，将其设计的科学性有效提高，避免瞬紊流的存在，降低热裂倾向。对于设计环节，理想化理念为，若可以具备一种良好金属液，并通过浇注系统后，未能对金属液质量产生任何影响，则不会存在裂纹情况。

（四）改善退让性

应对型砂退让性进行优化，其一，应将树脂用量降低，进而提高型芯退让性。其二，在型芯砂内进行附加物的添加，进而促使在温度较低条件下就会烧蚀或者是软化，确保型芯砂具有塑性，进而对型砂退让性进行优化。其三，应将壳型以及壳芯科学运用起来，二者能够变为中空薄壳结构，无法制作为中空的位置应进行塑料泡沫的添加，不但有利于砂的节约，还能够对退让性加以优化。其四，确保吃砂量较小，将砂铁比减小也意味着将砂型溃散性增强了，进而确保具有良好的效果

[4]。其五，应用粒度分布相对较宽的砂，促使细砂能够进入到粗砂孔隙内。

（五）减小缩短长度

在应变长度中心位置安设冒口，将应变集中长度有效减小，通过这一方法，也可以降低热裂情况的出现。新增冒口能够在原收缩长度中心创设出集中热源，导致冒口周围塑性部分能够将一些应变有效吸收。结合热裂敏感性公式不难发现，通过将缩短长度减小，能够将裂纹敏感性有效降低，进而减少热裂纹问题出现的可能性，有效确保铸钢件的质量。

（六）抑制树脂砂增硫

对树脂砂增硫进行抑制，可以有效降低裂纹的出现。在实际铸造过程中，诸多方法都能够对树脂砂增硫起到抑制作用。其一，降低型砂内树脂用量，进而减少硬化剂，将其硫渗入量有效减少。其二，对于甲苯磺酸而言，在硬化剂选择方面，应尽可能确保游离硫酸量较低。其三，提升再生能力，将旧砂性能有效增强。其四，将型腔、芯排气能力有效提高，增加硫气体外逸的速度。

（七）提高铸造人员综合素质

应将铸造人员综合素质全面提高，确保工艺应用的准确性与规范性，降低因人为失误导致热裂纹出现的可能性。并提高热裂纹预防对策的实施质量，将效果有效提高。应提高培训力度，促进铸造人员的知识体系、技术水平与职业素养的完善以及提升。铸造人员应树立终身学习意识，秉持端正工作态度与良好的积极性，将工作质量全面提高。

结束语：总而言之，热裂纹会对铸钢件质量产生严重影响，因而应对热裂纹成因进行分析，并探究出科学合理的对策。应把控合金成分，完善铸造工艺，优化充型过程，改善退让性，减小缩短长度，抑制树脂砂增硫，提高铸造人员综合素质。进而有效降低铸钢件存在热裂纹的几率，将铸钢件质量全面提高，促进铸造行业健康可持续发展。

参考文献：

[1]王国林,杨文华.挂舵臂超厚铸钢件裂纹修复工艺和应用[J].金属加工(热加工),2021(04):24-27.

[2]徐贵宝.试论砂型铸钢件热裂纹的成因与对策[J].铸造工程,2020,44(05):4-10.

[3]高鹏.铸钢件热裂纹的成因与对策分析[J].冶金管理,2021(21):19-20.

[4]李云亭,王金标,杨敏.合金铸钢件淬火裂纹分析及工艺改进[J].金属加工(热加工),2018(06):57-59.