试从冷、热裂纹的特征来区别两种裂纹

bj2008

请试从冷、热裂纹的特征来区别两种裂纹

阿帕奇

http://www.3dportal.cn/discuz/vi ... &extra=page%3D1


请看这篇文章

圣魔天尊

上面的帖子仅仅是液态模锻件缺陷(热裂,冷裂),有没有砂型铸造过程的铸件的热裂,冷裂的相关技术文章??

ferris

楼主讲的是焊接冷、热裂纹还是其它的？

孤单的影子

我也看不明白楼主想表达什么意思

bj2008

对不起，题义不明确，给大家造成误解。
& l3 ]$ Q- A6 h8 w) x% Y* l本题是指：请试从焊接冷、热裂纹的特征来区别两种裂纹。
# H1 Z( o) a3 i: {* \/ x! A: w
' E, f; X% F+ ]6 q! |# [（1）产生的温度和时间不同
) V% V  R! G5 a热裂纹：产生在焊缝结晶过程中，即由结晶开始一直到723度以前。
冷裂纹：产生在焊件冷却到200-300度以下，焊后数小时。
  ~: n7 B3 p) ]
7 C9 `# A. n9 l, |: s+ X（2）产生的部位和方向不同
1 m" p2 v, |4 J) g7 l* H热裂纹：多数产生在焊缝金属中，少数延伸到基本金属中去，有纵向也有横向。
1 P0 A: S( Q( Y: J冷裂纹：多数产生在熔合线基本金属侧，大多数为纵向，少数为横向。
. ?' h7 h$ t& C: P( |
, g) ~; R  c8 c7 [% S（3）外观特征不同
0 }) C0 E. f" M( `热裂纹：断面有明显的氧化色彩（发蓝黑）。
, H" Z. W* u2 D8 P' f, b冷裂纹：断口发亮，为脆性断口，无氧化色彩。
7 z* Z8 m3 v$ V7 @
（4）金相结构不同
热裂纹：沿晶界开裂。
冷裂纹：贯穿晶粒内部，即穿晶开裂。

7 o+ [' U; Y% i, X7 [: u8 @（5）产生的原因不同
- Y0 E+ s6 G/ |6 O8 R热裂纹：①焊缝金属中的低熔点共晶和杂质造成晶间偏析，形成液态间层。②金属冷却过程中引起的拉应力使液态间层拉开而形成裂纹。
! e2 p! y5 N: o) @6 S! _8 L冷裂纹：①淬硬组织，热影响区产生马氏体组织，塑性下降，脆性增加。②氢的作用，氢在结晶过程中向热影响区扩散，在空穴处氢原子结合成氢分子，造成很大压力。③焊接应力作用。

jiwanglin

很好的资料,谢谢无私奉献!

GEFUHUA

热烈纹通常高温下产生，带有氧化色彩

sunny2321

好东东，谢谢分享！！

wjwrelaxer

谢谢6楼的回答 觉得满有用的!!!

快乐老鼠

感谢学习中

czcxq0408

1　热裂产生的原因

　　当铸件某个部位的应力达到或超过其材质的强度极限时，铸件该部位将会产生裂纹。铸件的裂纹分为热裂和冷裂两类。如果裂纹是在凝固过程中形成，则此裂纹称为热裂。热裂的裂口断面呈氧化色，裂口粗糙，其微观组织为晶间断裂。如果裂热纹是在铸件完全凝固后形成的，则此裂纹称为冷裂。
　　铸件在凝固时会产生较大的收缩，当此收缩受铸型的阻碍或受铸件其余部分的牵制，则会产生应力。而铸件材质在凝固阶段的强度极限极低，因此应力很可能达到或超过其强度极限而使铸件局部产生裂纹。如果裂纹是在凝固前期形成，而此时仍存在着较大比例的液相且具有良好的流动充填性，则裂纹被液相焊合。但当裂纹在凝固后期形成(一般指固相率>0.7),此时固相骨架已经比较致密，所残余的液相难以充填弥合裂纹，则裂纹将会进一步发展并残留下来，热裂形成点大致在固相线附近。
　　热裂往往产生在铸件“弱点”部位，所谓“弱点”即铸件凝固过程中结壳最薄部位。这些“弱点”通常是铸件壁连接的内角或浇注系统引入部位等一些局部过热部位。
1 J- }4 i* i2 r/ A4 |' g$ t; h　　热裂的产生过程大致如下：铸件凝固初期，在其平面和圆柱表面部位以及外圆角部位凝固结壳而具有了一定强度和刚度。之后在内圆角部位也凝固结壳而具有一定强度和刚度。同时结壳因凝固冷却而产生收缩，此时结壳将受到与其相连的铸型型壁的阻碍而产生应力，特别是铸件的突起部位。随着凝固的进行，结壳增厚，浇注金属的比强度增大，结壳的总强度也增大。但是由于铸型型壳受热产生膨胀、烧结而使铸件的收缩受阻增大，引起了凝固结壳中应力增大。当铸件凝固结壳的“弱点”部位处的应力达到了浇注金属的强度极限，则在“弱点”部位产生裂纹，此裂纹穿透了“弱点”部位结壳的整个厚度。在此裂纹形成的同时，应力将相应缓解。随着凝固的继续进行，在断裂点形成了新的凝固结壳，应力又将重新产生和增大，且集中在原断裂点的相对部位。当此“弱点”部位的应力再次达到浇注金属材料的强度极限时，则会再次断裂。如此裂纹继续发展直到贯穿铸件“弱点”部位整个截面。但是如果型壳表面层过热超过1 100～1 200 ℃以后产生软化，则能激烈降低收缩应力，裂纹的发展也会中止。
8 `% l) L8 ^& T0 g6 h' K6 H0 n

2　热裂的防止

　　由上可知，热裂的产生部位是在铸件的“弱点”上，此“弱点”可以是铸件结构不合理引起的，例如铸件壁的连接结构不合理，内圆角半径过小等。也可以是铸造工艺不合理引起的，例如浇注系统设计不合理，导致局部过热而形成“弱点”。本文主要是从铸造工艺角度来分析探讨如何防止熔模铸钢件的热裂缺陷。
1 j& X' Z3 ^6 Z7 N2.1　选择热裂敏感小的铸造合金，严格控制有害元素S的含量
　　不同铸造合金，对热裂的敏感性也不同。凡是凝固过程中收缩系数较小，凝固时形成的固相的强度较高的合金，其热裂敏感性较小。因此凡有利于提高固相线附近结壳高温强度和降低结壳收缩率的因素都有利于减缓热裂的产生

czcxq0408

铸钢件热裂的产生和防止

合肥经济技术学院　许云祥*
% K" M0 E5 T  u合肥精密铸造有限公司　傅世军　沈　翔　许山泉

摘　要　分析了熔模铸钢件热裂产生的原因和过程，论述了防止热裂的工艺措施，并介绍了自割内浇口转移热裂及其设计方法。
: E  d* ~  ^* B5 s' t关键词：熔模铸造　铸钢　热裂

Research on Forming and Preventing of the Hot Tear　for the Investment Steel Castings

Xu Yunxiang
(Hefei Economic and Technological Institute)
% \# N! @* A+ B& X) ^& HFu Shijun　Shun Xiang　Xu Shanquan
(Hefei Precision Csating Co. Ltd)

ABSTRACT　In this paper, the reason and process of hot tear forming for the investment steel castings are analysed, The technological method of preventing hot tear is discussed, and the designing method of the self-cut-gate for shifting hot tear is introduced.
Key Words:Investment Casting, Cast Steel, Hot Tear

　　热裂是熔模铸钢件常见的缺陷之一。随着熔模铸造的发展，复杂件、薄壁件越来越多，型壳的强度也得到了很大提高，熔模铸钢件中热裂缺陷的比例也随之上升。如何防止热裂成了熔模铸造技术工作人员关心和棘手的问题。

1　热裂产生的原因

　　当铸件某个部位的应力达到或超过其材质的强度极限时，铸件该部位将会产生裂纹。铸件的裂纹分为热裂和冷裂两类。如果裂纹是在凝固过程中形成，则此裂纹称为热裂。热裂的裂口断面呈氧化色，裂口粗糙，其微观组织为晶间断裂。如果裂热纹是在铸件完全凝固后形成的，则此裂纹称为冷裂。
  \3 v9 Q# z( }1 U# p8 f/ X; h　　铸件在凝固时会产生较大的收缩，当此收缩受铸型的阻碍或受铸件其余部分的牵制，则会产生应力。而铸件材质在凝固阶段的强度极限极低，因此应力很可能达到或超过其强度极限而使铸件局部产生裂纹。如果裂纹是在凝固前期形成，而此时仍存在着较大比例的液相且具有良好的流动充填性，则裂纹被液相焊合。但当裂纹在凝固后期形成(一般指固相率>0.7),此时固相骨架已经比较致密，所残余的液相难以充填弥合裂纹，则裂纹将会进一步发展并残留下来，热裂形成点大致在固相线附近。
　　热裂往往产生在铸件“弱点”部位，所谓“弱点”即铸件凝固过程中结壳最薄部位。这些“弱点”通常是铸件壁连接的内角或浇注系统引入部位等一些局部过热部位。
　　热裂的产生过程大致如下：铸件凝固初期，在其平面和圆柱表面部位以及外圆角部位凝固结壳而具有了一定强度和刚度。之后在内圆角部位也凝固结壳而具有一定强度和刚度。同时结壳因凝固冷却而产生收缩，此时结壳将受到与其相连的铸型型壁的阻碍而产生应力，特别是铸件的突起部位。随着凝固的进行，结壳增厚，浇注金属的比强度增大，结壳的总强度也增大。但是由于铸型型壳受热产生膨胀、烧结而使铸件的收缩受阻增大，引起了凝固结壳中应力增大。当铸件凝固结壳的“弱点”部位处的应力达到了浇注金属的强度极限，则在“弱点”部位产生裂纹，此裂纹穿透了“弱点”部位结壳的整个厚度。在此裂纹形成的同时，应力将相应缓解。随着凝固的继续进行，在断裂点形成了新的凝固结壳，应力又将重新产生和增大，且集中在原断裂点的相对部位。当此“弱点”部位的应力再次达到浇注金属材料的强度极限时，则会再次断裂。如此裂纹继续发展直到贯穿铸件“弱点”部位整个截面。但是如果型壳表面层过热超过1 100～1 200 ℃以后产生软化，则能激烈降低收缩应力，裂纹的发展也会中止。
1 H: a6 F- L& q( ^# C# Z+ r: E

2　热裂的防止

　　由上可知，热裂的产生部位是在铸件的“弱点”上，此“弱点”可以是铸件结构不合理引起的，例如铸件壁的连接结构不合理，内圆角半径过小等。也可以是铸造工艺不合理引起的，例如浇注系统设计不合理，导致局部过热而形成“弱点”。本文主要是从铸造工艺角度来分析探讨如何防止熔模铸钢件的热裂缺陷。
  v; H' n: \9 n# J) g; _2.1　选择热裂敏感小的铸造合金，严格控制有害元素S的含量
7 P% a' x; Z) M  o0 u　　不同铸造合金，对热裂的敏感性也不同。凡是凝固过程中收缩系数较小，凝固时形成的固相的强度较高的合金，其热裂敏感性较小。因此凡有利于提高固相线附近结壳高温强度和降低结壳收缩率的因素都有利于减缓热裂的产生。表1所示为某些合金钢在固相线以上30～40 ℃时的高温强度。
4 R% v/ L! x* k9 ?( }　　ZG20虽然其凝固时的高温强度较高，但由于其凝
1 Q6 V/ `2 x9 V( F$ c

表1　合金钢在固相线以上30～40 ℃时的高温强度［1］
Table 1　High temperature strength of alloy steel over solidus 30～40 ℃

钢的牌号	Mn13	1Cr13	T10	ZG55	ZG35	30CrNiMo	工业纯铁	ZG20	1Cr18Ni9Ti
高温强度/MPa	0.3	0.4	0.5	0.7	1.2	1.2	1.4	2.1	2.5

固时会发生δ→γ的相变而产生大的线收缩，因此该合金仍然具有较大的热裂敏感性而较容易产生热裂。 6 x8 h" T5 L- u+ i0 ]% p: o9 c7 z　　硫是钢中有害元素。图1所示为不同浇注温度时硫对钢高温强度的影响。钢在凝固时，由于硫的存在，在晶界处出现FeS和Fe的低熔点共晶，而使钢在高温时的强度降低。因此含硫高的钢，其热裂敏感性大。

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/23-1.gif

图1　含硫量对钢在结晶温度附近的强度影响［1］ 1 H4 y: h. {! |0 [$ ?2 s9 y( h* |6 ?Fig.1　Strength　of　steel　nearby　crystallization　temperature　with　S　content 　　表2所示为含硫量与铸件热裂产生的关系。由表可知，含硫量高时铸件中形成热裂多。因此用稀土对钢冶炼时进行纯化处理，降低钢中含硫量是防止熔模铸钢件产生热裂的有效措施之一。

czcxq0408

表2　含S量与铸钢件热裂的关系［2］
- C* `  O5 s* T9 e8 T* U1 yTable 2　Hot tear of steel casting with S content

铸钢件热裂	含S量/%
	碱性电炉钢	酸性平炉钢
没　有	0.002～0.008	0.024
不　多	0.015～0.020	0.024
多	0.020～0.028	0.033

2.2　低温钢水红壳浇注 　　中碳钢在结晶温度附近的强度极限值很低，大约为0.5～2.0 MPa。图2所示为中碳钢结壳的强度极限与 4 l' @6 D: V% [! }5 L9 F; G

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/23-2.gif

图2　中碳钢结壳强度与其平均温度的关系［1］ ; e: B, y$ H0 a" _Fig.2　Strength of forming shell for medium-carbon steel with average temperature 其平均温度的关系。提高浇注温度将降低凝固时结壳的强度。对于ZG35，当浇注温度由1 580 ℃降低到1 530 ℃,其在热裂危险期的结壳强度将提高31%，因而有利于防止热裂产生。但是降低浇注温度，特别是对于薄壁铸件，很容易产生冷隔、浇不足等缺陷，因此必须提高浇注时型壳的温度。一般对于水玻璃型壳希望浇注时型壳温度大于600 ℃，即要求红壳浇注。提高型壳温度到600 ℃以上还可以避开石英砂(粉)在573 ℃的β→α的相变膨胀(0.82%),并有利于内层型壳出现1 100 ℃以上的软化，从而减缓了型壳对铸件“弱点”的收缩阻碍。因此低温钢水红壳浇注是熔模铸件防止热裂产生的有效措施。 2.3　薄壁铸件采用扁宽浇口 　　随着熔模铸造的发展，熔模铸造薄壁铸钢件的品种、数量呈增长趋势。由于熔模铸钢件浇注系统设计长期以来采用以补缩为主的原则，薄壁铸钢件的内浇口厚度习惯上不小于薄壁件的壁厚，加上浇注温度较高，导致铸件浇注系统引入处局部过热而成为“弱点”。这些局部过热的“弱点”凝固收缩时，其四周的铸件薄壁本体已经凝固，因此过热的“弱点”的收缩受到铸件薄壁本体的牵制，收缩受阻，因而往往在铸件的内浇口附近出现热裂。避免这类热裂的方法就是将内浇口改为扁宽内浇口。内浇口厚度一般可取铸件壁厚的1/2。为了不降低浇注速度，避免局部过热，增强模组的装配强度，内浇口宽度比正常值增大1～2倍。扁宽内浇口有利于缓和浇注系统引入部位过热而防止热裂产生。图3所示为板手铸件的浇注系统设计方案。图3a为改进前的方案，该铸件在内浇口附近出现热裂。图3b将内浇口厚度减薄一半，宽度增宽一倍，热裂基本消除。

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/24-1.gif

图3　板手精铸件浇注系统方案示意图 Fig.3　Scheme of the gating system for the investment casting of spanner 2.4　浇注金属应尽量均匀充填型腔，避免因浇注金属冲击型腔固定点后分流而形成“热点” 　　浇注金属进入型腔的流向、速度受内浇口的设置位置、大小、形状的限制。不合理地设计内浇口的设置点、大小、形状可以导致浇注金属冲击型壳某个部位，然后分流，使受冲击部位局部过热而成为“热点”，此“热点”也即是容易产生热裂的“弱点”。 # @0 K4 o4 |% ~: N1 C　　图4所示拐臂精铸件由某厂携压型来我厂进行生产，原浇注系统设计如图所示有两个内浇口A和B,浇注金属液从B内浇口进入型腔后冲击型腔K处然后分流，使K处过热，导致铸件相应该处成为“弱点”而产生热裂。我们去掉了B内浇口，并适当增大内浇口A的长度后，此热裂随即消除。

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/24-2.gif

图4　拐臂精铸件原内浇口方案及液流示意简图 Fig.4　Scheme of the former gate and liquid-flow forthe investment casting of corner-arm

czcxq0408

2.5　浇注系统设计应尽量避免框形结构

　　熔模铸造技术人员对具有两个热节的精铸件或长精铸件往往设计两个内浇口，于是使得铸件-内浇口-直浇道成为一个框形结构系统，这类结构最容易出现收缩受阻，而很容易在内浇口附近产生热裂，也容易产生变形，因此应尽量避免框形结构。
5 L% @6 t! k! q) L4 F0 O  ]　　图5a所示为这类铸件-内浇口-直浇道系统框形结构示意图。铸件A和B处局部厚大形成两个热节，为了保证A和B热节的补缩，在A和B部位设置两个内浇口，内浇口附近过热而成为“弱点”，其收缩受铸件本身以及c处型壳的阻碍，“弱点”部位很容易产生热裂。如将浇注系统改为图5b所示楔条形结构，则浇注金属从整个楔条进入型腔，而不是从两个热节部位集中进入，因而降低了原内浇口附近的过热程度，同时楔条增大了铸件散热面积，提高了凝固结壳强度，c处型壳的阻碍收缩也得以缓和，因此减缓了热裂的产生。如果再采用低温钢水红壳浇注，基本上可避免这类铸件的热裂产生。

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/24-3.gif

图5　铸件-内浇口-直浇道系统框形结构示意图 Fig.5　Scheme of frame structure forthe casting-gate-sprue system 2.6　设置防裂工艺肋 　　如果用户允许铸件结构改进，可以在易产生热裂的部位设置防裂工艺肋。防裂工艺肋不仅可以提高铸件热裂部位的强度，更主要是可起散热片作用，改善散热条件，也可使浇注金属合理分流，从而减缓“热点”集中程度，缓解热裂的产生。因此防裂工艺肋不宜厚，一般为相应部位壁厚的1/3左右，但为保证浇足，厚度应大于2 mm。图6所示为防裂工艺肋设置举例。如果用户不同意改变铸件结构，可以在铸件退火消除应力后去除工艺肋。 3 L) O' [+ E0 z

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/25-1.gif

图6　防裂工艺肋设置举例 Fig.6　Exemple of technical rib for preventing hot tear 2.7　热裂的转移——自割浇口的应用 　　设计浇注系统时可以采用控制浇注系统各组元凝固速度的方法，让热裂转移到内浇口或工艺肋上。图7所示为热裂往内浇口上转移的设计实例。这类浇注系统称为自割浇口。自割浇口还能减少浇口切割工作量，特别是对于大型精铸铸钢件能大大减轻铸件清理、切割工作量，很有推广价值。

http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/25-2.gif

图7　自割浇口的设计结构示意图 : G6 W/ l8 s1 ?4 ~5 @Fig.7　Scheme of structure for the self-cut-gate 　　图7所示为自割浇口的设计结构示意。图中内浇口处设置了过热套4。过热套采用导热性差的耐火材料混合成水玻璃砂经硬化制成。制作蜡模时将过热套嵌在压型中，使过热套与蜡模成为一个整体，经制壳、脱蜡、焙烧后，过热套成为型壳的一部分。过热套的传热系数与型壳的传热系数之比应小于0.8。浇注后由于过热套导热性差、散热慢，而使内浇口的该部位成为“弱点”形成热裂而断裂。断裂后框形结构破坏，应力消失，起到热裂转移的目的。同时由于浇口自行断裂从而减少铸件清理、切割工作量。 　　自割浇口的设计主要是计算Δ,l。其中Δ为过热套的厚度，要求 Δ≥Mg (1) 式中　Mg——内浇口的热模数，mm过热套的长度l可用下列公式计算［3］ http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/s-25-1.gif (2) 式中　l——过热套长，mm 　　　L——内浇口长,mm 　　　A,K——钢在固相线附近的热裂敏感性系数，对于碳钢，分别取21.65 MPa和6.9 MPa ! ]2 E3 }' P1 |; Z　　　σ0——型壳阻力系数，对于水玻璃型壳取0.05 MPa , [8 d2 A4 [7 _$ \$ a8 {' j5 J　　　h——横浇道高，mm 　　　m——横浇道长,mm " }+ {! e0 g' p5 d. x+ _) y　　　s——横浇道截面积,mm2 　　当将上述值代入后，得 http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/tzzzjyshj/image/s-25-2.gif (3) 3　结　论 　(1) 热裂是由于在凝固过程中铸件的“弱点”(局部过热部位)收缩受阻，在应力达到其凝固结壳的高温极限强度时产生。 # D  Y+ ^; }0 s' ?9 T3 S+ f/ |/ V　　(2) 选择热裂敏感性小的铸造合金；采用低温钢水红壳浇注；薄壁铸件设计扁宽内浇口；避免浇注金属液冲击型腔固定部位而成为“热点”；尽量不采用框形结构浇注系统；设置防裂工艺肋等工艺措施，能有效防止熔模铸钢件的热裂产生。 0 J  ~$ T" j, k　　(3) 自割浇口不仅可以转移热裂产生部位而避免铸件内形成热裂，而且可以大大减轻铸件清理、切割的工作量。 参　考　文　献1　 Гуляев　Б　Б．　Литейные　Процессы．　Ленинград：МАШГИЗ，　1960． 0 E! ]* D; o0 i- |; j2　Рыжиков　А　А．　Теоретические　Основы　Литейного　Производства．　Свердловск：МАШГИЗ，　1961． : z  J" Q7 \% U2 u3　Дружевский　М　А．　Расчет　Самопроизвольного　Отделения Литниковой　Системы．　ЛИТ，　1993(7)：13～14 (编辑： 张振斌)