鑄件裂痕主要分為兩類，熱裂和冷裂。

 

熱裂

 

熱裂是裂紋外形彎彎曲曲，斷口很不規(guī)則呈藕斷絲連狀，而且表面較寬，越到里面越窄，屬熱裂。其機理是：鋼水注入型腔后開始冷凝，當結(jié)晶骨架已經(jīng)形成并開始線收縮后，由于此時內(nèi)部鋼水并未完成凝固成固態(tài)使收縮受阻，鑄件中就會產(chǎn)生應力或塑性變形，當它們超過在此高溫下的材質(zhì)強度極限時，鑄件就會開裂。

 

1、熱裂紋的形貌和特征

 

熱裂紋是鑄件在凝固末期或凝固后不久尚處于強度和塑性很低狀態(tài)下，因鑄件固態(tài)收縮受阻而引起的裂紋。熱裂紋是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件和某些輕合金鑄件生產(chǎn)中常見的鑄造缺陷之一。熱裂紋在晶界萌生并沿晶界擴展，其形狀粗細不均，曲折而不規(guī)則。裂紋的表面呈氧化色，無金屬光澤。鑄鋼件裂紋表面近似黑色，而鋁合金則呈暗灰色。外裂紋肉眼可見，可根據(jù)外形和斷口特征與冷裂區(qū)分。

熱裂紋又可分為外裂紋和內(nèi)裂紋。在鑄件表面可以看到的熱裂紋稱為外裂紋。外裂紋常產(chǎn)生在鑄件的拐角處、截面厚度急劇變化處或局部凝固緩慢處、容易產(chǎn)生應力集中的地方。其特征是表面寬內(nèi)部窄，呈撕裂狀。有時斷口會貫穿整個鑄件斷面。熱裂紋的另一特征是裂紋沿晶粒邊界分布。內(nèi)裂紋一般發(fā)生在鑄件內(nèi)部最后凝固的部位裂紋形狀很不規(guī)則，斷面常伴有樹枝晶，通常情況下，內(nèi)裂紋不會延伸到鑄件表面。

 

2、熱裂紋形成的原因

 

形成熱裂紋的理論原因和實際原因很多，但根本原因是鑄件的凝固方式和凝固時期鑄件的熱應力和收縮應力。

液體金屬澆入到鑄型后，熱量散失主要是通過型壁，所以凝固總是從鑄件表面開始。當凝固后期出現(xiàn)大量的枝晶并搭接成完整的骨架時，固態(tài)收縮開始產(chǎn)生。但此時枝晶之間還存在一層尚未凝固舶液體金屬薄膜（液膜），如果鑄件收縮不受任何阻礙，那么枝晶骨架可以自由收縮，不受力的作用。當枝晶骨架的收縮受到砂型或砂芯等的阻礙時，不能自由收縮就會產(chǎn)生拉應力。當拉應力超過其材料強度極限時，枝晶之間就會產(chǎn)生開裂。如果枝晶骨架被拉開的速度很慢，而且被拉開部分周圍有足夠的金屬液及時流入拉裂處并補充，那么鑄件不會產(chǎn)生熱裂紋。相反，如果開裂處得不到金屬液的補充，鑄件就會出現(xiàn)熱裂紋。

由此可知，寬凝固溫度范圍，糊狀或海綿網(wǎng)絡狀凝固方式的合金最容易產(chǎn)生熱裂。隨著凝固溫度范圍的變窄，合金的熱裂傾向變小，恒溫凝固的共晶成分的合金最不容易形成熱裂。熱裂形成于鑄件凝固時期，但并不意味著鑄件凝固時必然產(chǎn)生熱裂。主要取決于鑄件凝固時期的熱應力和收縮應力。鑄件凝固區(qū)域固相晶粒骨架中的熱應力，易使鑄件產(chǎn)生熱裂或皮下熱裂；外部阻礙因素造成的收縮應力，則是鑄件產(chǎn)生熱裂的主要條件。處于凝固狀態(tài)的鑄件外殼，其線收縮受到砂芯、型砂、鑄件表面同砂型表面摩擦力等外部因素阻礙，外殼中就會有收縮應力（拉應力），鑄件熱節(jié)，特別是熱節(jié)處尖角所形成的外殼較薄，就成為收縮應力集中的地方，鑄件最容易在這些地方產(chǎn)生熱裂。

熱裂紋產(chǎn)生的原因體現(xiàn)在工藝和鑄件結(jié)構(gòu)方面其中有：鑄件壁厚不均勻，內(nèi)角太小；搭接部位分叉太多，鑄件外框、肋板等阻礙鑄件正常收縮；澆冒口系統(tǒng)阻礙鑄件正常收縮，如澆冒口靠近箱帶或澆冒口之間型砂強度很高，限制了鑄件的自由收縮；冒口太小或太大；合金線收縮率太大；合金中低熔點相形成元素超標，鑄鋼鑄鐵中硫、磷含量高；鑄件開箱落砂過早，冷卻過快。

 

3、如何防止熱裂紋發(fā)生

 

（1）改善鑄件結(jié)構(gòu)

壁厚力求均勻，轉(zhuǎn)角處應作出過渡圓角，減少應力集中現(xiàn)象。輪類鑄件的輪輻必要時可做成彎曲狀。

（2）提高合金材料的熔煉質(zhì)量

采用精煉和除氣工藝去除金屬液中的氧化夾雜和氣體等。控制有害雜質(zhì)的含量，采用合理的熔煉工藝，防止產(chǎn)生冷裂紋。

使鑄件實現(xiàn)同時凝固不僅有利于防止熱裂紋，也有助于防止冷裂紋。合理設置澆冒口的位置和尺寸，使鑄件各部分的冷卻速度盡量均勻一致，減少冷裂紋傾向。

正確確定鑄件在砂型中的停留時間砂型是一種良好的保溫容器，能使鑄件較厚和較薄處的溫度進一步均勻化，減少它們之間的溫度差，降低熱應力，減少冷裂紋傾向。延長鑄件在鑄型內(nèi)的停留時間，以免開箱過早在鑄件內(nèi)造成較大的內(nèi)應力，而產(chǎn)生冷裂紋。

增加砂型、砂芯的退讓性鑄件凝固后及早卸去壓箱鐵，松開砂箱緊固裝置等，是防止由于收縮應力而使鑄件產(chǎn)生冷裂的有效措施。大型鑄件的砂型和砂芯，在澆注后可提前挖去部分型砂和芯砂，以減少它們對鑄件的收縮阻力，促使鑄件各部分均勻冷卻。鑄件在落砂、清理和搬運過程中，應避免碰撞、擠壓，防止鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

（4）時效熱處理

鑄造應力大的鑄件應及時進行時效熱處理，避免過大的殘余應力使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。必要時，鑄件在切割澆冒口或焊補后，還要進行一次時效熱處理。

 

冷裂

 

冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時，因局部鑄造應力大于合金極限強度而引起的開裂。冷裂紋總是發(fā)生在冷卻過程中承受拉應力的部位，特別是拉應力集中的部位。冷裂紋與熱裂紋不同，冷裂紋往往穿晶擴展到整個截面，外形呈寬度均勻細長的直線或折線狀，冷裂紋的斷口表面子凈有金屬光澤或呈輕度氧化色，裂紋走向平滑，而非沿晶界發(fā)生。這與熱裂紋有顯著的不同。冷裂紋檢驗用肉眼可見，可根據(jù)其宏觀形貌及穿晶擴展的微觀特征，與熱裂紋區(qū)別。

當鑄件內(nèi)的鑄造應力大于金屬的強度極限時，鑄件將產(chǎn)生冷裂紋。因此凡是增加鑄件應力和降低金屬強度的因素都可能促使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

 

冷裂紋產(chǎn)生的主要原因

 

（1）鑄件結(jié)構(gòu)

鑄件壁厚不均勻，促使鑄件產(chǎn)生鑄造應力，有時會產(chǎn)生冷裂紋類缺陷。剛性結(jié)構(gòu)的鑄件，由于其結(jié)構(gòu)的阻礙，容易產(chǎn)生熱應力，從而使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。如一“薄壁大芯”壁厚均勻的箱形鑄件，由于砂芯的阻礙而產(chǎn)生了臨時收縮應力，當超過合金材料的抗拉強度時，就會使鑄件產(chǎn)生冷裂。

（2）澆冒口系統(tǒng)設計不合理

對于壁厚不均勻的鑄件，如果內(nèi)澆口設置在鑄件的壁厚部分時，將使鑄件厚壁部分的冷卻速度更加緩慢，導致或加劇鑄件各部分冷卻速度的差別，增大鑄造的熱應力，促使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。澆冒口設置不當，直接阻礙鑄件收縮，也促使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。由于澆口比鑄件薄，澆口首先凝固，當鑄件向內(nèi)收縮受到澆口的阻礙時，產(chǎn)生拉應力，通常容易在兩個澆口之間的壁上產(chǎn)生冷裂紋。其次，型砂或芯砂的高溫強度或干強度太高，高溫退讓性差，使鑄件收縮受到阻礙，產(chǎn)生很大的拉應力，導致鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

（3）合金材料的化學成分不合格

鋼中含碳量和其他合金元素含量偏高使鑄件容易發(fā)生冷裂紋。韌性合金材料不易產(chǎn)生冷裂紋，脆性合金材料易產(chǎn)生冷裂紋。磷是鋼中的有害元素，當含ω（P）＞0.05%時，使鋼冷脆性增加，容易產(chǎn)生冷裂紋。在灰鑄鐵中，存在過量的反石墨化元素，也會引起鑄件的收縮量增加，導致鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

（4）控制開箱時間

鑄件開箱過早，落砂溫度過高，在清砂時受到碰撞、擠壓都會引起鑄件開裂。

 

六種鑄件常見缺陷

 

01 氣孔（氣泡、嗆孔、氣窩）

特征：氣孔是存在于鑄件表面或內(nèi)部的孔洞，呈圓形、橢圓形或不規(guī)則形，有時多個氣孔組成一個氣團，皮下一般呈梨形。嗆孔形狀不規(guī)則，且表面粗糙，氣窩是鑄件表面凹進去一塊，表面較平滑。明孔外觀檢查就能發(fā)現(xiàn)，皮下氣孔經(jīng)機械加工后才能發(fā)現(xiàn)。

 

形成原因：

1.模具預熱溫度太低，液體金屬經(jīng)過澆注系統(tǒng)時冷卻太快。

2.模具排氣設計不良，氣體不能通暢排出。

3.涂料不好，本身排氣性不佳，甚至本身揮發(fā)或分解出氣體。

4.模具型腔表面有孔洞、凹坑，液體金屬注入后孔洞、凹坑處氣體迅速膨脹壓縮液體金屬，形成嗆孔。

5.模具型腔表面銹蝕，且未清理干凈。

6.原材料（砂芯）存放不當，使用前未經(jīng)預熱。

7.脫氧劑不佳，或用量不夠或操作不當?shù)取?/span>

 

防止方法：

1.模具要充分預熱，涂料（石墨）的粒度不宜太細，透氣性要好。

2.使用傾斜澆注方式澆注。

3.原材料應存放在通風干燥處，使用時要預熱。

4.選擇脫氧效果較好的脫氧劑（鎂）。

5.澆注溫度不宜過高。

 

02 縮孔（縮松）

特征：縮孔是鑄件表面或內(nèi)部存在的一種表面粗糙的孔，輕微縮孔是許多分散的小縮孔，即縮松，縮孔或縮松處晶粒粗大。常發(fā)生在鑄件內(nèi)澆道附近、冒口根部、厚大部位，壁的厚薄轉(zhuǎn)接處及具有大平面的厚薄處。

 

形成原因：

1.模具工作溫度控制未達到定向凝固要求。

2.涂料選擇不當，不同部位涂料層厚度控制不好。

3.鑄件在模具中的位置設計不當。

4.澆冒口設計未能達到起充分補縮的作用。

5.澆注溫度過低或過高。

 

防治方法：

1.提高磨具溫度。

2.調(diào)整涂料層厚度，涂料噴灑要均勻，涂料脫落而補涂時不可形成局部涂料堆積現(xiàn)象。

3.對模具進行局部加熱或用絕熱材料局部保溫。

4.熱節(jié)處鑲銅塊，對局部進行激冷。

5.模具上設計散熱片，或通過水等加速局部地區(qū)冷卻速度，或在模具外噴水，噴霧。

6.用可拆缷激冷塊，輪流安放在型腔內(nèi)，避免連續(xù)生產(chǎn)時激冷塊本身冷卻不充分。

7.模具冒口上設計加壓裝置。

8.澆注系統(tǒng)設計要準確，選擇適宜的澆注溫度。

 

03渣孔（熔劑夾渣或金屬氧化物夾渣）

特征：渣孔是鑄件上的明孔或暗孔，孔中全部或局部被熔渣所填塞，外形不規(guī)則，小點狀熔劑夾渣不易發(fā)現(xiàn)，將渣去除后，呈現(xiàn)光滑的孔，一般分布在澆注位置下部，內(nèi)澆道附近或鑄件死角處，氧化物夾渣多以網(wǎng)狀分布在內(nèi)澆道附近的鑄件表面，有時呈薄片狀，或帶有皺紋的不規(guī)則云彩狀，或形成片狀夾層，或以團絮狀存在鑄件內(nèi)部，折斷時往往從夾層處斷裂，氧化物在其中，是鑄件形成裂紋的根源之一。

 

形成原因：

渣孔主要是由于合金熔煉工藝及澆注工藝造成的（包括澆注系統(tǒng)的設計不正確），模具本身不會引起渣孔，而且金屬模具是避免渣孔的有效方法之一。

 

防治方法：

1.澆注系統(tǒng)設置正確或使用鑄造纖維過濾網(wǎng)。

2.采用傾斜澆注方式。

3.選擇熔劑，嚴格控制品質(zhì)。

 

04 裂紋（熱裂紋、冷裂紋）

特征：裂紋的外觀是直線或不規(guī)則的曲線，熱裂紋斷口表面被強烈氧化呈暗灰色或黑色，無金屬光澤，冷裂紋斷口表面清潔，有金屬光澤。一般鑄件的外裂直接可以看見，而內(nèi)裂則需借助其他方法才可以看到。裂紋常常與縮松、夾渣等缺陷有聯(lián)系，多發(fā)生在鑄件尖角內(nèi)側(cè)，厚薄斷面交接處，澆冒口與鑄件連接的熱節(jié)區(qū)。

 

形成原因：

金屬模鑄造容易產(chǎn)生裂紋缺陷，因為金屬模本身沒有退讓性，冷卻速度快，容易造成鑄件內(nèi)應力增大，開型過早或過晚，澆注角度過小或過大，涂料層太薄等都易造成鑄件開裂，模具型腔本身有裂紋時也容易導致裂紋。

 

防治方法：

1.應注意鑄件結(jié)構(gòu)工藝性，使鑄件壁厚不均勻的部位均勻過渡，采用合適的圓角尺寸。

2.調(diào)整涂料厚度，盡可能使鑄件各部分達到所要求的冷卻速度，避免形成太大的內(nèi)應力。

3.應注意金屬模具的工作溫度，調(diào)整模具斜度，以及適時抽芯開裂，取出鑄件緩冷。

 

05 冷隔（融合不良）

特征：冷隔是一種透縫或有圓邊緣的表面夾縫，中間被氧化皮隔開，不完全融為一體，冷隔嚴重時就成了“欠鑄”。冷隔常出現(xiàn)在鑄件頂部壁上，薄的水平面或垂直面，厚薄壁連接處或在薄的助板上。

 

形成原因：

1.金屬模具排氣設計不合理。

2.工作溫度太低。

3.涂料品質(zhì)不好（人為、材料）。

4.澆道開設的位置不當。

5.澆注速度太慢等。

 

防治方法：

1.正確設計澆道和排氣系統(tǒng)。

2.大面積薄壁鑄件，涂料不要太薄，適當加厚涂料層有利于成型。

3.適當提高模具工作溫度。

4.采用傾斜澆注方法。

5.采用機械震動金屬模澆注。

 

06 砂眼（砂孔）

 

特征：在鑄件表面或內(nèi)部形成相對規(guī)則的孔洞，其形狀與砂粒的外形一致，剛出模時可見鑄件表面鑲嵌的砂粒，可從中掏出砂粒，多個砂眼同時存在時，鑄件表面呈桔子皮狀。

 

形成原因：

由于砂芯表面掉下的砂粒被銅液包裹存在與鑄件表面而形成孔洞。

1.砂芯表面強度不好，燒焦或沒有完全固化。

2.砂芯的尺寸與外模不符，合模時壓碎砂芯。

3.模具蘸了有砂子污染的石墨水。

4.澆包與澆道處砂芯相摩擦掉下的砂隨銅水沖進型腔。

 

防治方法：

1.砂芯制作時嚴格按工藝生產(chǎn)，檢查品質(zhì)。

2.砂芯與外模的尺寸相符。

3.是墨水要及時清理。

4.避免澆包與砂芯摩擦。

5.下砂芯時要吹干凈模具型腔里的砂子。