铸件裂纹和六种铸件常见缺陷的产生原因及防止方法.docx

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铸件裂痕主要分为两类，热裂和冷裂！

热裂

热裂是裂纹外形弯弯曲曲，断口很不规则呈藕断丝连状，而且表面较宽，越到里面越窄，属热裂其机理是：

钢水注入型腔后开始冷凝，当结晶骨架已经形成并开始线收缩后，由于此时内部钢水并未完成凝固成固态使收缩受阻，铸件中就会产生应力或塑性变形，当它们超过在此高温下的材质强度极限时，铸件就会开裂。

热裂纹的形貌和特征

热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。

热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。

热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，其形状粗细不均，曲折而不规则。

裂纹的表面呈氧化色，无金属光泽。

铸钢件裂纹表面近似黑色，而铝合金则呈暗灰色。

外裂纹肉眼可见，可根据外形和断口特征与冷裂区分。

热裂纹又可分为外裂纹和内裂纹。

在铸件表面可以看到的热裂纹称为外裂纹。

外裂纹常产生在铸件的拐角处、截面厚度急剧变化处或局部疑固缓慢处、容易产生应力集中的地方。

其特征是表面宽内部窄，呈撕裂状。

有时断口会贯穿整个铸件断面。

热裂纹的另一特征是裂纹沿晶粒边界分布。

内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位裂纹形状很不规则，断面常伴有树枝晶，通常情况下，内裂纹不会延伸到铸件表面。

热裂纹形成的原因

形成热裂纹的理论原因和实际原因很多，但根本原因是铸件的凝固方式和凝固时期铸件的热应力和收缩应力。

液体金属浇入到铸型后，热量散失主要是通过型壁，所以，凝固总是从铸件表面开始。

当凝固后期出现大量的枝晶并搭接成完整的骨架时，固态收缩开始产生。

但此时枝晶之间还存在一层尚未凝固舶液体金属薄膜（液膜），如果铸件收缩不受任何阻碍，那么枝晶骨架可以自由收缩，不受力的作用。

当枝晶骨架的收缩受到砂型或砂芯等的阻碍时，不能自由收缩就会产生拉应力。

当拉应力超过其材料强度极限时，枝晶之间就会产生开裂。

如果枝晶骨架被拉开的速度很慢，而且被拉开部分周围有足够的金属液及时流入拉裂处并补充，那么铸件不会产生热裂纹。

相反，如果开裂处得不到金属液的补充，铸件就会出现热裂纹。

由此可知，宽凝固温度范围，糊状或海绵网络状凝固方式的合金最容易产生热裂。

随着凝固温度范围的变窄，合金的热裂倾向变小，恒温凝固的共晶成分的合金最不容易形成热裂。

热裂形成于铸件凝固时期，但并不意味着铸件凝固时必然产生热裂。

主要取决于铸件凝固时期的热应力和收缩应力。

铸件凝固区域固相晶粒骨架中的热应力，易使铸件产生热裂或皮下热裂；外部阻碍因素造成的收缩应力，则是铸件产生热裂的主要条件。

处于凝固状态的铸件外壳，其线收缩受到砂芯、型砂、铸件表面同砂型表面摩擦力等外部因素阻碍，外壳中就会有收缩应力（拉应力），铸件热节，特别是热节处尖角所形成的外壳较薄，就成为收缩应力集中的地方，铸件最容易在这些地方产生热裂。

热裂纹产生的原因体现在工艺和铸件结构方面其中有：

铸件壁厚不均匀，内角太小；搭接部位分叉太多，铸件外框、肋板等阻碍铸件正常收缩；浇冒口系统阻碍铸件正常收缩，如浇冒口靠近箱带或浇冒口之间型砂强度很高，限制了铸件的自由收缩；冒口太小或太大；合金线收缩率太大；合金中低熔点相形成元素超标，铸钢铸铁中硫、磷含量高；铸件开箱落砂过早，冷却过快。

如何防止热裂纹发生

1.改善铸件结构

壁厚力求均匀，转角处应作出过渡圆角，减少应力集中现象。

轮类铸件的轮辐必要时可做成弯曲状。

2.提高合金材料的熔炼质量

采用精炼和除气工艺去除金属液中的氧化夹杂和气体等。

控制有害杂质的含量，采用合理的熔炼工艺，防止产生冷裂纹。

3、采用正确的铸造工艺措施

使铸件实现同时凝固不仅有利于防止热裂纹，也有助于防止冷裂纹。

合理设置浇冒口的位置和尺寸，使铸件各部分的冷却速度尽量均匀一致，减少冷裂纹倾向。

正确确定铸件在砂型中的停留时间砂型是一种良好的保温容器，能使铸件较厚和较薄处的温度进一步均匀化，减少它们之间的温度差，降低热应力，减少冷裂纹倾向。

延长铸件在铸型内的停留时间，以免开箱过早在铸件内造成较大的内应力，而产生冷裂纹。

增加砂型、砂芯的退让性铸件凝固后及早卸去压箱铁，松开砂箱紧固装置等，是防止由于收缩应力而使铸件产生冷裂的有效措施。

大型铸件的砂型和砂芯，在浇注后可提前挖去部分型砂和芯砂，以减少它们对铸件的收缩阻力，促使铸件各部分均匀冷却。

铸件在落砂、清理和搬运过程中，应避免碰撞、挤压，防止铸件产生冷裂纹。

4、时效热处理

铸造应力大的铸件应及时进行时效热处理，避免过大的残余应力使铸件产生冷裂纹。

必要时，铸件在切割浇冒口或焊补后，还要进行一次时效热处理

冷裂

冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。

冷裂纹总是发生在冷却过程中承受拉应力的部位，特别是拉应力集中的部位。

冷裂纹与热裂纹不同，冷裂纹往往穿晶扩展到整个截面，外形呈宽度均匀细长的直线或折线状，冷裂纹的断口表面子净有金属光泽或呈轻度氧化色，裂纹走向平滑，而非沿晶界发生。

这与热裂纹有显著的不同。

冷裂纹检验用肉眼可见，可根据其宏观形貌及穿晶扩展的微观特征，与热裂纹区别。

当铸件内的铸造应力大于金属的强度极限时，铸件将产生冷裂纹。

因此凡是增加铸件应力和降低金属强度的因素都可能促使铸件产生冷裂纹。

冷裂纹产生的主要原因有以下几方面

1、铸件结构

铸件壁厚不均匀，促使铸件产生铸造应力，有时会产生冷裂纹类缺陷。

刚性结构的铸件，由于其结构的阻碍，容易产生热应力，从而使铸件产生冷裂纹。

如一“薄壁大芯”壁厚均匀的箱形铸件，由于砂芯的阻碍而产生了临时收缩应力，当超过合金材料的抗拉强度时，就会使铸件产生冷裂。

2、浇冒口系统设计不合理

对于壁厚不均匀的铸件，如果内浇口设置在铸件的壁厚部分时，将使铸件厚壁部分的冷却速度更加缓慢，导致或加剧铸件各部分冷却速度的差别，增大铸造的热应力，促使铸件产生冷裂纹。

浇冒口设置不当，直接阻碍铸件收缩，也促使铸件产生冷裂纹。

由于浇口比铸件薄，浇口首先凝固，当铸件向内收缩受到浇口的阻碍时，产生拉应力，通常容易在两个浇口之间的壁上产生冷裂纹。

其次，型砂或芯砂的高温强度或干强度太高，高温退让性差，使铸件收缩受到阻碍，产生很大的拉应力，导致铸件产生冷裂纹。

3、合金材料的化学成分不合格

钢中含碳量和其他合金元素含量偏高使铸件容易发生冷裂纹。

韧性合金材料不易产生冷裂纹，脆性合金材料易产生冷裂纹。

磷是钢中的有害元素，当含ω（P）＞0.05%时，使钢冷脆性增加，容易产生冷裂纹。

在灰铸铁中，存在过量的反石墨化元素，也会引起铸件的收缩量增加，导致铸件产生冷裂纹。

4、控制开箱时间

铸件开箱过早，落砂温度过高，在清砂时受到碰撞、挤压都会引起铸件开裂。

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。

防治方法：

1、提高磨具温度。

2、调整涂料层厚度，涂料喷洒要均匀，涂料脱落而补涂时不可形成局部涂料堆积现象。

3、对模具进行局部加热或用绝热材料局部保温。

4、热节处镶铜块，对局部进行激冷。

5、模具上设计散热片，或通过水等加速局部地区冷却速度，或在模具外喷水，喷雾。

6、用可拆缷激冷块，轮流安放在型腔内，避免连续生产时激冷块本身冷却不充分。

7、模具冒口上设计加压装置。

8、浇注系统设计要准确，选择适宜的浇注温度。

三、渣孔（熔剂夹渣或金属氧化物夹渣）

特征：

渣孔是铸件上的明孔或暗孔，孔中全部或局部被熔渣所填塞，外形不规则，小点状熔剂夹渣不易发现，将渣去除后，呈现光滑的孔，一般分布在浇注位置下部，内浇道附近或铸件死角处，氧化物夹渣多以网状分布在内浇道附近的铸件表面，有时呈薄片状，或带有皱纹的不规则云彩状，或形成片状夹层，或以团絮状存在铸件内部，折断时往往从夹层处断裂，氧化物在其中，是铸件形成裂纹的根源之一。

形成原因：

渣孔主要是由于合金熔炼工艺及浇注工艺造成的（包括浇注系统的设计不正确），模具本身不会引起渣孔，而且金属模具是避免渣孔的有效方法之一。

防治方法：

1、浇注系统设置正确或使用铸造纤维过滤网。

2、采用倾斜浇注方式。

3、选择熔剂，严格控制品质。

四、裂纹（热裂纹、冷裂纹）

特征：

裂纹的外观是直线或不规则的曲线，热裂纹断口表面被强烈氧化呈暗灰色或黑色，无金属光泽，冷裂纹断口表面清洁，有金属光泽。

一般铸件的外裂直接可以看见，而内裂则需借助其他方法才可以看到。

裂纹常常与缩松、夹渣等缺陷有联系，多发生在铸件尖角内侧，厚薄断面交接处，浇冒口与铸件连接的热节区。

形成原因：

金属模铸造容易产生裂纹缺陷，因为金属模本身没有退让性，冷却速度快，容易造成铸件内应力增大，开型过早或过晚，浇注角度过小或过大，涂料层太薄等都易造成铸件开裂，模具型腔本身有裂纹时也容易导致裂纹。

防治方法：

1、应注意铸件结构工艺性，使铸件壁厚不均匀的部位均匀过渡，采用合适的圆角尺寸。

2、调整涂料厚度，尽可能使铸件各部分达到所要求的冷却速度，避免形成太大的内应力。

3、应注意金属模具的工作温度，调整模具斜度，以及适时抽芯开裂，取出铸件缓冷。

五、冷隔（融合不良）

特征：

冷隔是一种透缝或有圆边缘的表面夹缝，中间被氧化皮隔开，不完全融为一体，冷隔严重时就成了“欠铸”。

冷隔常出现在铸件顶部壁上，薄的水平面或垂直面，厚薄壁连接处或在薄的助板上。

形成原因：

1、金属模具排气设计不合理。

2、工作温度太低。

3、涂料品质不好（人为、材料）。

4、浇道开设的位置不当。

5、浇注速度太慢等。

防治方法：

1、正确设计浇道和排气系统。

2、大面积薄壁铸件，涂料不要太薄，适当加厚涂料层有利于成型。

3、适当提高模具工作温度。

4、采用倾斜浇注方法。

5、采用机械震动金属模浇注。

六、砂眼（砂孔）

特征：

在铸件表面或内部形成相对规则的孔洞，其形状与砂粒的外形一致，刚出模时可见铸件表面镶嵌的砂粒，可从中掏出砂粒，多个砂眼同时存在时，铸件表面呈桔子皮状。

形成原因：

由于砂芯表面掉下的砂粒被铜液包裹存在与铸件表面而形成孔洞。

1、砂芯表面强度不好，烧焦或没有完全固化。

2、砂芯的尺寸与外模不符，合模时压碎砂芯。

3、模具蘸了有砂子污染的石墨水。

4、浇包与浇道处砂芯相摩擦掉下的砂随铜水冲进型腔。

防治方法：

1、砂芯制作时严格按工艺生产，检查品质。

2、砂芯与外模的尺寸相符。

3、是墨水要及时清理。

4、避免浇包与砂芯摩擦。

5、下砂芯时要吹干净模具型腔里的砂子。