鑄件裂紋和六種鑄件常見(jiàn)缺陷的產(chǎn)生原因及防止方法

鑄件裂痕主要分為兩類(lèi)，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(jī)理是：鋼水注入型腔后開(kāi)始冷凝，當(dāng)結(jié)晶骨架已經(jīng)形成并開(kāi)始線(xiàn)收縮后，由于此時(shí)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(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或塑性變形，當(dāng)它們超過(guò)在此高溫下的材質(zhì)強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件就會(huì)開(kāi)裂。

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(qiáng)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(jiàn)的鑄造缺陷之一。熱裂紋在晶界萌生并沿晶界擴(kuò)展，其形狀粗細(xì)不均，曲折而不規(guī)則。裂紋的表面呈氧化色，無(wú)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(jiàn)，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(chēng)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疑固緩慢處、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。其特征是表面寬內(nèi)部窄，呈撕裂狀。有時(shí)斷口會(huì)貫穿整個(gè)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(shù)枝晶，通常情況下，內(nèi)裂紋不會(huì)延伸到鑄件表面。

熱裂紋形成的原因形成熱裂紋的理論原因和實(shí)際原因很多，但根本原因是鑄件的凝固方式和凝固時(shí)期鑄件的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力。

液體金屬澆入到鑄型后，熱量散失主要是通過(guò)型壁，所以，凝固總是從鑄件表面開(kāi)始。當(dāng)凝固后期出現(xiàn)大量的枝晶并搭接成完整的骨架時(shí)，固態(tài)收縮開(kāi)始產(chǎn)生。但此時(shí)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(dāng)枝晶骨架的收縮受到砂型或砂芯等的阻礙時(shí)，不能自由收縮就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)其材料強(qiáng)度極限時(shí)，枝晶之間就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。如果枝晶骨架被拉開(kāi)的速度很慢，而且被拉開(kāi)部分周?chē)凶銐虻慕饘僖杭皶r(shí)流入拉裂處并補(bǔ)充，那么鑄件不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。相反，如果開(kāi)裂處得不到金屬液的補(bǔ)充，鑄件就會(huì)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(luò)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(shí)期，但并不意味著鑄件凝固時(shí)必然產(chǎn)生熱裂。主要取決于鑄件凝固時(shí)期的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力。鑄件凝固區(qū)域固相晶粒骨架中的熱應(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(huì)有收縮應(yīng)力（拉應(yīng)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(yīng)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??；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(qiáng)度很高，限制了鑄件的自由收縮；冒口太小或太大；合金線(xiàn)收縮率太大；合金中低熔點(diǎn)相形成元素超標(biāo)，鑄鋼鑄鐵中硫、磷含量高；鑄件開(kāi)箱落砂過(guò)早，冷卻過(guò)快。

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(yīng)作出過(guò)渡圓角，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。輪類(lèi)鑄件的輪輻必要時(shí)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。

3、采用正確的鑄造工藝措施使鑄件實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固不僅有利于防止熱裂紋，也有助于防止冷裂紋。合理設(shè)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(shí)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(jìn)一步均勻化，減少它們之間的溫度差，降低熱應(yīng)力，減少冷裂紋傾向。延長(zhǎng)鑄件在鑄型內(nèi)的停留時(shí)間，以免開(kāi)箱過(guò)早在鑄件內(nèi)造成較大的內(nèi)應(yīng)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(kāi)砂箱緊固裝置等，是防止由于收縮應(yīng)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(duì)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(yùn)過(guò)程中，應(yīng)避免碰撞、擠壓，防止鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

4、時(shí)效熱處理鑄造應(yīng)力大的鑄件應(yīng)及時(shí)進(jìn)行時(shí)效熱處理，避免過(guò)大的殘余應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。必要時(shí)，鑄件在切割澆冒口或焊補(bǔ)后，還要進(jìn)行一次時(shí)效熱處理

冷裂冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時(shí)，因局部鑄造應(yīng)力大于合金極限強(qiáng)度而引起的開(kāi)裂。冷裂紋總是發(fā)生在冷卻過(guò)程中承受拉應(yīng)力的部位，特別是拉應(yīng)力集中的部位。冷裂紋與熱裂紋不同，冷裂紋往往穿晶擴(kuò)展到整個(gè)截面，外形呈寬度均勻細(xì)長(zhǎng)的直線(xiàn)或折線(xiàn)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(yàn)用肉眼可見(jiàn)，可根據(jù)其宏觀形貌及穿晶擴(kuò)展的微觀特征，與熱裂紋區(qū)別。

當(dāng)鑄件內(nèi)的鑄造應(yīng)力大于金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件將產(chǎn)生冷裂紋。因此凡是增加鑄件應(yīng)力和降低金屬?gòu)?qiáng)度的因素都可能促使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因有以下幾方面

1、鑄件結(jié)構(gòu)鑄件壁厚不均勻，促使鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷裂紋類(lèi)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(yīng)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(shí)收縮應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)合金材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)使鑄件產(chǎn)生冷裂。

2、澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理對(duì)于壁厚不均勻的鑄件，如果內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件的壁厚部分時(shí)，將使鑄件厚壁部分的冷卻速度更加緩慢，導(dǎo)致或加劇鑄件各部分冷卻速度的差別，增大鑄造的熱應(yīng)力，促使鑄件產(chǎn)生冷裂紋。澆冒口設(shè)置不當(dāng)，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(dāng)鑄件向內(nèi)收縮受到澆口的阻礙時(shí)，產(chǎn)生拉應(yīng)力，通常容易在兩個(gè)澆口之間的壁上產(chǎn)生冷裂紋。其次，型砂或芯砂的高溫強(qiáng)度或干強(qiáng)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(yīng)力，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

3、合金材料的化學(xué)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(dāng)含ω（P）＞0.05%時(shí)，使鋼冷脆性增加，容易產(chǎn)生冷裂紋。在灰鑄鐵中，存在過(guò)量的反石墨化元素，也會(huì)引起鑄件的收縮量增加，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生冷裂紋。

4、控制開(kāi)箱時(shí)間鑄件開(kāi)箱過(guò)早，落砂溫度過(guò)高，在清砂時(shí)受到碰撞、擠壓都會(huì)引起鑄件開(kāi)裂。一、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(shí)多個(gè)氣孔組成一個(gè)氣團(tuán)，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(jìn)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(jī)械加工后才能發(fā)現(xiàn)。形成原因：

1、模具預(yù)熱溫度太低，液體金屬經(jīng)過(guò)澆注系統(tǒng)時(shí)冷卻太快。2、模具排氣設(shè)計(jì)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?yè)]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(dāng)，使用前未經(jīng)預(yù)熱。7、脫氧劑不佳，或用量不夠或操作不當(dāng)?shù)取?/p>

防止方法：1、模具要充分預(yù)熱，涂料（石墨）的粒度不宜太細(xì)，透氣性要好。2、使用傾斜澆注方式澆注。3、原材料應(yīng)存放在通風(fēng)干燥處，使用時(shí)要預(yù)熱。4、選擇脫氧效果較好的脫氧劑（鎂）。5、澆注溫度不宜過(guò)高。

二、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(dá)到定向凝固要求。2、涂料選擇不當(dāng)，不同部位涂料層厚度控制不好。3、鑄件在模具中的位置設(shè)計(jì)不當(dāng)。4、澆冒口設(shè)計(jì)未能達(dá)到起充分補(bǔ)縮的作用。5、澆注溫度過(guò)低或過(guò)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(bǔ)涂時(shí)不可形成局部涂料堆積現(xiàn)象。3、對(duì)模具進(jìn)行局部加熱或用絕熱材料局部保溫。4、熱節(jié)處鑲銅塊，對(duì)局部進(jìn)行激冷。5、模具上設(shè)計(jì)散熱片，或通過(guò)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(shí)激冷塊本身冷卻不充分。7、模具冒口上設(shè)計(jì)加壓裝置。8、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要準(zhǔn)確，選擇適宜的澆注溫度。

三、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(diǎn)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(shí)呈薄片狀，或帶有皺紋的不規(guī)則云彩狀，或形成片狀?yuàn)A層，或以團(tuán)絮狀存在鑄件內(nèi)部，折斷時(shí)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(shè)計(jì)不正確），模具本身不會(huì)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(shè)置正確或使用鑄造纖維過(guò)濾網(wǎng)。2、采用傾斜澆注方式。3、選擇熔劑，嚴(yán)格控制品質(zhì)。

四、裂紋（熱裂紋、冷裂紋）特征：裂紋的外觀是直線(xiàn)或不規(guī)則的曲線(xiàn)，熱裂紋斷口表面被強(qiáng)烈氧化呈暗灰色或黑色，無(wú)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(jiàn)，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?yàn)榻饘倌１旧頉](méi)有退讓性，冷卻速度快，容易造成鑄件內(nèi)應(yīng)力增大，開(kāi)型過(guò)早或過(guò)晚，澆注角度過(guò)小或過(guò)大，涂料層太薄等都易造成鑄件開(kāi)裂，模具型腔本身有裂紋時(shí)也容易導(dǎo)致裂紋。

防治方法：1、應(yīng)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(guò)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(dá)到所要求的冷卻速度，避免形成太大的內(nèi)應(yīng)力。3、應(yīng)注意金屬模具的工作溫度，調(diào)整模具斜度，以及適時(shí)抽芯開(kāi)裂，取出鑄件緩冷。

五、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(kāi)，不完全融為一體，冷隔嚴(yán)重時(shí)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(shè)計(jì)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(kāi)設(shè)的位置不當(dāng)。5、澆注速度太慢等。

防治方法：1、正確設(shè)計(jì)澆道和排氣系統(tǒng)。2、大面積薄壁鑄件，涂料不要太薄，適當(dāng)加厚涂料層有利于成型。3、適當(dāng)提高模具工作溫度。4、采用傾斜澆注方法。5、采用機(jī)械震動(dòng)金屬模澆注。

六、砂眼（砂孔）特征：在鑄件表面或內(nèi)部形成相對(duì)規(guī)則的孔洞，其形狀與砂粒的外形一致，剛出模