Page 32 - 理化检验-物理分册2018第四期
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王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ８ 讲 失效诊断与预防技术( ３ )
也可以机械化生产. 中收缩应力过大; ② 铸件在铸型中收缩受阻; ③ 铸件
３．３．４．１．２ 浇铸 冷却不均匀; ④ 铸件结构设计不合理, 存在几何尺寸
把金属液从浇铸包中注入铸型的操作过程称为 突变; ⑤ 有害杂质在晶界富集; ⑥ 铸件表面与涂料之
浇铸.浇铸操作不当会引起各种铸造缺陷, 甚至会 间产生了相互作用.
造成人身伤害.浇铸时应遵循高温出炉、 低温浇铸 尽管形成热裂纹的原因较多, 但深入分析后就
的原则.提高金属液的出炉温度, 有利于夹杂物的 会发现, 其根本原因是铸件的凝固方式和凝固期间
彻底熔化、 熔渣上浮, 便于清渣和除气, 减少铸件的 铸件的热应力和收缩应力.液体金属的凝固总是从
夹渣和气孔缺陷; 采用较低的浇铸温度, 则有利于降 铸件表面开始的, 当凝固后期出现大量的枝晶并搭
低金属液中的气体溶解度、 液态收缩量和高温金属 接成完整的骨架时, 开始产生固态收缩, 此时枝晶之
液对型腔表面的烘烤, 避免产生气孔、 黏砂、 缩孔等 间还存在一些尚未凝固的液态金属.如果铸件收缩
缺陷.因此, 在铸造生产中, 应遵循在保证金属液充 不受任何阻碍, 那么枝晶骨架可以自由收缩, 不产生
满铸型型腔的前提下, 尽量采用较低的浇铸温度. 附加应力; 但如果枝晶骨架的收缩受到砂型或型芯
铸造工艺过程复杂, 影响铸件质量的因素较多. 等的阻碍, 不能自由收缩时, 就会产生拉应力, 该拉
在铸造生产中, 往往由于原材料质量控制不严、 工艺 应力超过材料的破断应力时, 枝晶之间就会产生开
方案不合理、 生产操作不当、 管理制度不完 善等原 裂.如果枝晶骨架被拉开的速度很慢, 而且被拉开
因, 使铸件产生各种铸造缺陷, 如气孔、 缩孔、 缩松、 部分周围有足够的金属液及时流入, 拉裂处可得到
砂眼、 黏砂、 夹砂、 错型、 冷隔、 浇铸不足、 裂纹等, 这 金属液补充, 那么铸件不会产生热裂纹; 相反, 如果
些缺陷的特征和形成原因在 GB / T９４４３－２００７ « 铸 开裂处得不到金属液的补充, 铸件就会产生热裂纹.
钢件渗透检测» 中均有详细说明. 凝固温度范围宽、 金属液流动性差以及糊状凝
３．３．４．１．３ 铸造裂纹 固方式的合金最容易产生热裂纹, 随着凝固温度范
在所有的铸造缺陷中, 对产品质量影响最大的 围的变窄, 合金产生热裂纹的倾向变小, 共晶成分、
是铸造裂纹, 按照其特征可将其分为热裂纹和冷裂 恒温凝固的合金最不容易产生热裂纹.热裂纹形成
纹, 它们是不允许存在的缺陷. 于铸件凝固时期, 但并不意味着铸件凝固时都会产
( １ )热裂纹 生热裂纹, 这主要取决于铸件凝固时期的热应力和
热裂纹是铸件在凝固末期或凝固结束后不久, 收缩应力.铸件凝固区域枝晶骨架中的热应力是铸
铸件尚处于强度和塑性都很低的高温阶段, 形成温 件产生热裂纹的主要因素, 外部阻碍因素造成的收
度在 １２５０~１４５０ ℃ , 因铸件固态收缩受阻而引起 缩应力是铸件产生热裂纹的主要条件.处于凝固状
的裂纹.热裂纹的主要特征有: ① 在晶界萌生并沿 态的铸件外壳, 当其线收缩受到砂芯、 型芯以及铸件
晶界扩展, 形状粗细不均匀、 曲折不规则; ② 通常呈 表面与砂型表面之间的摩擦力等外部因素的阻碍
龟裂的网状; ③ 裂纹的表面呈氧化色, 无金属光泽, 时, 就会产生收缩拉应力.铸件热节, 特别是热节处
铸钢件裂纹表面呈近似黑色; ④ 裂纹末端圆钝, 两侧 的尖角, 由于其外壳较薄, 成为应力集中点, 因而最
有明显的氧化和脱碳, 有时有明显的疏松、 偏析、 夹 容易产生热裂纹.
杂、 孔洞等缺陷. ( ２ )冷裂纹
按照热裂纹在铸件中的形成位置, 又可将其分 冷裂纹是铸件凝固结束后继续冷却到室温的过
为外裂纹和内裂纹.在铸件表面可以看到的热裂纹 程中, 因铸件局部受到的拉应力大于铸件本体的破
为外裂纹, 外裂纹常产生在铸件的拐角或局部凝固 断强度而引起的开裂.其主要特征有: ① 总是发生
缓慢、 容易产生应力集中的位置, 其特征是: 表面宽, 在承受拉应力的部位, 特别是铸件形状、 尺寸发生变
心部窄, 呈撕裂状, 有时断口会贯穿整个铸件断面. 化的应力集中部位; ② 裂纹宽度均匀、 细长, 呈直线
内裂纹一般发生在铸件内部最后凝固的部位, 其特 或折线状, 穿晶扩展; ③ 裂纹面比较洁净、 平整、 细
征是: 形状不规则, 裂纹面常伴有树枝晶.通常情况 腻, 有金属光泽或呈轻度氧化色; ④ 裂纹末端尖锐,
下, 内裂纹不会延伸到铸件表面, 内裂纹的一个典型 裂纹两侧基本无氧化和脱碳, 显微组织与基体的基
例子是冒口切除后根部所显露的裂纹. 本相同.
热裂纹的形成原因可归纳为: ① 浇铸冷却过程 冷裂纹产生的主要原因可归纳为: ① 铸件结构
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