1、针对生产过程 中各个环节分析高锰钢铸件裂纹产生的原因。在实践的基础上摸索 出了裂纹产生 的机理和控制措施 ，并有效地指导了生产 。 关键词 ：高锰钢 ；铸件裂纹 ；水 韧处 理 中图分类号 ：TG245 文献标识码 ：B 文章编号 ：16733355(2007)04 003102 随着技术不断进步和装备大型化、现代化， 高锰钢铸件质量也必须更好地适应。针对高锰钢 与其它合金钢 、碳钢相 比易产生裂纹的特性 ，人 们进行了多年试验研究 ，试图找出内在原 因。虽 取得一些进展 但还没有完全认清这种钢的内在 特性。我们立足于本部门的研究 ，找出裂纹产生 的原因和控制措施 。应用到实践 中取得非常好
2、的 效果。1 化学成份和组织的影响 高 锰钢 发 明之 初 的化学 成 份 是 c：1O 14，Mn：1014。国 内外 在试验 研究 中 。 曾添加合金成份 Cr、Ni、V 等企图提高屈服强度 和硬度，也有的加 Ti、Al 等促进晶粒细化。我们 的履带板、前后导轮等铸件用材就需要这样。但 不管合金成份如何变化 ，必须控制在一定的范围 内才能起到好的作用。这些作用是以提高高锰钢 性能为主要 目的，对控制裂纹并不 明显 。研究标 准成份高锰钢的各元素对裂纹的影响能得到理想 的效果。碳、锰是高锰钢的主要成分，正常情况 下高锰钢的组织是奥氏体单相。在含碳量偏低时 易形成马氏体和 8 相 (密排六方体
3、)。在含碳量高 时 。水韧处理状态下不能避免碳化物析 出，还会 降低钢的性能。较高的含碳量可提高屈服点，但 会降低延伸性含碳量低而含锰量高的钢具有高 收稿 日期 ：20070322：修 回日期 ：20070424 韧性，对高锰钢的碳含量在保证性能的前提下尽 可能控制在中下限 。锰含量控制在中上限 。最好 保持在狭小范围内，防止碳化物析出，避免造成 延伸性和韧性降低而产生裂纹 。 硅含量一般在 1O以下 ，它对锰钢 的机械性 能没有显著影响，超过 1O并逐渐增大时，强度 和延伸性会剧烈下降。生产中硅含量都比较低。 锰钢中含硫量较低 ，因为硫易和锰化合成硫化锰 大部分进入炉渣中。钢中残留少量的硫化
4、物成为 非金属夹杂物存 在 ，它对钢 的性能影响极微 ，可 忽略不计。磷含量在 006以上时，延伸性急剧 下降，易引起铸件热裂纹产生。生产时要控制磷 含量 。 化学成份及其含量 与机械性能密不可分 在 满足性能的成份范 围内 。有时制造就很 困难 ，因 此生产时应考虑其兼顾性。这样可避免因成分上 的差异而产生裂纹。 2 铸造工艺 铸造工艺是保证高锰钢铸件质量的关键。编 制这种钢的工艺时主要考虑避免裂纹生成 影 响 裂纹产生的主要因素有 ：铸件结构、工艺参数 浇冒口设置，型芯结构形式，浇注温度等。 高锰钢铸件结构形式应在保证使用的前提下 尽可能使相连接壁的厚差最小 。避免因温差大产 生收缩应力出
5、现裂纹。虽然有的件壁厚差合理， 但设计厚度值过大，在冷却速度慢时碳化物析出 多 ，受收缩应力影响也会出现裂纹 。设计结构无 法改变时，工艺编制就要考虑钢水冶炼时加一些 能细化晶粒的元素，增加型芯的退让性。其它结 构问题应视情 况而定 ，如增大圆角 、加过渡壁 、 拉筋等。 高锰钢的收缩率比普碳钢、合金钢高。铸造 的毛坯在水韧处理前都处于脆性状态，任何影响 收缩的因素都会使铸件在浇注后的收缩阶段产生 裂纹 ，比较明显 的是箱式铸件 ，这种件 由砂芯形 成内腔，砂芯退让性好，高应力区非常容易产生 裂纹。解决办法是往芯中加入锯末、泡沫等保证 砂芯有合适的退让性。箱带、冒日、飞边毛刺都 有阻碍收缩的条
6、件 采取适当增加吃砂量、疏松 层 ，减少型芯缝隙也是解决退让性的有效办法。 浇冒口位置和大小 对裂纹 的产生也有影响 ， 设置位置不能影响铸件的收缩，浇注系统尽可能 分配均匀，钢水流人应平稳以便减少铸件各部位 温差 ，冒日设计应大小合适 。高锰钢导热性很 差，如冒口尺寸过大，在铸件冷却后期冒日与铸 件温差过大必然产生高应力，常会促成冒日下与 铸件连接处产生裂纹。工艺设计时冒口模数应控 制在铸件模数的 1213 倍范围内。 标准成份的高锰钢液相线温度 l 400 ，固 相线温度 l 350 ，凝 固温度范围比较窄 ，对浇 注温度的反应非常敏感。浇注温度过高极易产生 裂纹，温度低易产生冷隔和浇不足
7、，理想的浇注 温度是 l 450l 470 。厚壁件取下限，薄壁件 取上限。浇注时一次浇完 中间不停流。3 热处理 高锰钢 只有在合适 的成份和正确 的热处理条 件下才能获得它的特性，若未经热处理或热处理 条件不正确则钢会变脆甚至出现裂纹。正常的热 处理规范是固溶加高温水韧处理，以便获得单一 的奥氏体。生产实践证明固溶温度应在 l 050-,1 090 范围内。一般认为，高锰钢导热性很差，膨胀 率很低 ，固溶处理时，要采用慢加热，在 600 700 保温 ，以防止开裂。研究结果表明在 500 700 保温会使残留奥氏体强烈地析出碳化物， 这些析出物降低钢的塑性，增加新旧组织间比容 之差所造成的
8、内应力 ，从而增加开裂倾 向，因此 铸件加热时应尽快通过这一温度范围。 一 624 清理切割 高锰钢的特点之一是导热性差，铸件浇注后 保温时间太短，冷却速度快，促使铸件应力增加 易产生裂纹。为防止裂纹产生 ，尽可能在砂型内 缓慢冷却延长保温时间，打箱温度应控制在 200 以下。实践证 明在该温度下打箱无裂纹 出现 。 在对高锰钢铸件浇冒口、飞边毛刺切割时，因材 料导热性差 ，造成切割部位热影响区产生很大的 温差，并形成了高应力状态。稍有忽视切口处就 会产生裂纹。为使热影响区温差控制在最小范 围 ，浇 冒日、毛刺切割必须在水池 内淬水切割 ， 保持水温在 40 以下，这样操作不易产生裂纹。5 补
9、焊 有效地消除铸造产品缺陷的方法是补焊，补 焊阶段裂纹出现 的可能性也很大。为保证产品质 量补焊时必须注意以下几个问题 ：补焊前不需 要预热。较低温度重新加热可使碳化物沿晶粒边 界和结晶面析出，促使重新出现脆化现象，容易 出现裂纹。在未经水韧热处理的锰钢件上进行 焊补是不可能有满意结果的。去除缺陷尽量不 用火焰切割或碳弧气刨，最好用风铲和砂轮。 补焊焊 条成份要与母材 相近 ，也可用不 锈钢焊 条，无论用哪种焊条碳含量都应较低，补焊时可 降低碳化物析出。准备补焊的部位应表面光 洁，无油、锈，按焊补工艺要求修出适当坡 口。 补焊方法严格按工艺执行。补焊时避免引起 产生裂纹危险的热应力是非常重要的
10、。由于锰钢 有高的膨胀系数和低的导热系数，冷却时会在补 焊处产生应力，因此冷却时锤击焊补金属，使压 缩应力和其冷却时产生的拉应力相抵消。补焊 时保持母体金属最低限度的受热，可使重新加热 的不 良影响减至最小。上述方法在生产中已全部 采用，操作恰当焊补区产生裂纹缺陷是可以避免 的。 6 结 语 高锰钢铸件裂纹产生的原因很多，在多年研 究和实践的基础上，找出了高锰钢经常产生裂纹 的原因和防止措施 ，有效地指导了生产，把裂纹 控制在最小范围内。消失模铸造产生夹渣缺陷的成因及对策默认分类 2010-08-09 11:05:16 阅读 23 评论 0 字号：大中小 订阅 王林慧 1 张宝庆 2（执笔）袁
11、东洲 3 裴虎平 4 王国平 3（1 山西晋城市春晨兴汇实业公司山西 晋城 048012； 2 郑州机械研究所 郑州 450052；3 晋城市金珂铸业制造有限公司 山西晋城 048012； 4 晋城市鑫金铸造有限公司 山西 晋城 048012）择要：消失模铸造铸件的夹渣缺陷是指由于型砂颗粒、涂料及其他夹杂物在浇注过程中随液体金属进入铸件而形成的缺陷。本文详实地分析了夹渣缺陷产生的原因，指出消除夹渣缺陷是一个系统工程，必须在涂料、装箱操作、浇注、负压、集渣挡渣和撇渣、铁水净化技术等各方面采取切实可行的措施且精心操作，才能取得较好的效果。关键词：消失模铸造，夹渣缺陷，原因，措施消失模铸造是目前国际
12、上最先进的铸造工艺之一，被誉为是铸造史上的一次革命，是 21 世纪“绿色集约化铸造的主要途径”，在铸造生产中占有越来越重要的地位。消失模铸造确实有它很广泛的适应性，但是，并不是什么铸件都适宜用消失模铸造，有的铸件就是勉强可以做，但是工艺出品率低或废品率高。它也有工艺性上的限制，如泡沫塑料模样容易受力变形；与传统的铸造方法相比，它还有个泡沫塑料模热解气化的问题。对消失模铸造缺陷也有待于完全认识和消除等，消失模铸造中常见的铸造缺陷有皱皮、碳黑、变形、粘砂、塌箱、气孔、夹渣、冷隔以及铸钢件表面渗碳等，本文我们就夹渣缺陷谈点体会和认识。一，消失模铸造的夹渣缺陷：夹渣缺陷是指干砂粒、涂料及其他夹杂物在浇
13、注过程中随着铁水进入铸件而形成的缺陷。在机加工后的铸件表面上，可看到白色或黑灰色的夹杂物斑点，单个或成片分布,白色为石英砂颗粒，黑灰色为渣、涂料、泡沫模型热解后残留物和其他夹杂。这种缺陷俗称为“进砂”或“ 夹渣”，在消失模铸造生产中该缺陷是一种很常见的缺陷。几乎采用消失模铸造的工厂是普遍存在的，且很难彻底根除。只有在每一道工序上采取多种措施且精心操作才能把“ 夹渣” 降到很低，取得比较满意的效果。在消失模铸件冷却打箱后未清理前，根据铸件及浇注系统表面状况，即可以判定有没有进砂和夹渣缺陷。如果浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和浇口表面或连接处以及铸件表面粘砂严重或有裂纹状粘砂存在，则基本可以肯定铸
14、件有夹渣和进砂缺陷。砸断浇道棒或浇道拉筋，可看到断口上有白色斑点，严重时断口形成一圈白色斑点。这样的铸件，特别是板状、圆饼状铸件机加工后加工面上就会有白色、黑灰色斑点缺陷。汽车发动机离合器压盘、后盖等铸件是最易进砂的一类铸件，如果工序操作规程控制不严格，生产的铸件严重的影响了铸件质量和定单完成的进度。二，造成夹渣和进砂缺陷的原因经过我们在生产实践中长期观察证明，从浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道至铸件，所有部位都有可能造成进砂，特别是浇注系统与铸件的结合部位。在整个生产过程中，浇注系统白模表面的涂料脱落开裂、白模结合部位的涂料脱落开裂、泡沫塑料白模表面的涂料脱落开裂、直浇道封闭不严密等因素是造成
15、夹渣、进砂缺陷的最主要原因。其次，工艺参数的选择，如浇注系统净压头大小、浇注温度高低、负压度大小、干砂粒度等因素，以及模型运输过程及装箱操作情况等都对铸件夹渣和进砂缺陷有很大影响。只有在这些环节采取系统的措施、精心操作，才能把铸件的夹渣缺陷减少和基本消除，获得优质铸件。克服夹渣缺陷是一个系统工程。三，减少和克服夹渣缺陷的方法和措施进砂问题、夹渣缺陷是消失模铸造生产的一大难题，特别是大批量生产的汽车零配件。目前消失模铸造生产很成功的主要是三类产品，即抗磨件、管件和箱体类铸件，它们都是很少加工或不加工的铸件。对于加工面多且要求高的铸件，夹渣缺陷是一个关键需要解决的问题。我们的经验是从以下几个方面采
16、取措施可以减少和消除夹渣缺陷：1，涂料消失模涂料的作用是：1），提高铸件表面光洁度、使铸件粗燥度降低 23 个等级，达到Ra 3.26.3m,提高铸件表面质量和使用性能。 2）减少和防止粘砂、砂孔缺陷。 3），有利于清砂、落砂。 4），将浇注时消失模融熔的液体和气体顺利通过涂料层排出到铸型砂中去，而且防止金属液渗入砂型，防止铸件产生气孔、金属渗透和碳缺陷。 5），提高模样强度和刚度，防止在运输、填砂震动造型时产生变形和破坏，有利于提高铸件尺寸精度和成品率。其主要作用是提高泡沫塑料模样的强度和刚性，防止在运输、装箱填砂震动造型时模样破坏或变形。浇注时涂料层隔开金属和干砂，防止金属渗入干砂，也防止
17、干砂进入金属。泡沫塑料热解时产生大量的热解产物（气体和液体）也通过涂料层排入干砂并排出铸型。消失模铸造用涂料要求具有强度、透气性、耐火度、绝热性、爆热抗裂性、耐急泠急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性、不流淌性等一系列性能，防止夹渣缺陷首先要求涂料具有高的强度和耐火性能。要求涂挂于白模表面的涂料层在烘干和运输过程中不产生裂纹和开裂，即涂料应具有足够的室温强度；而在浇注过程中，在高温金属的长时间冲刷作用下涂料层也要不脱落、不产生裂纹开裂，即有高的高温强度。在液态金属进入铸型时直浇口封闭严密、铸件和浇注系统表面的涂料层不脱落、不产生裂纹和开裂是防止夹渣缺陷的首要条件，如果浇道密封不严密，涂料层产
18、生脱落、裂纹和开裂，大量砂粒、涂料和夹杂物就会进入金属形成夹渣缺陷。强度和透气性是涂料的两个重要的性能，有时候要求浇注系统用的涂料要比铸件涂料具有更高的耐火强度，以抵御高温金属长时间的冲刷作用而不脱落开裂。操作工在涂刷过程必须保证涂料的均匀性。2装箱操作在装箱时模样组（模型+浇注系统）表面的涂料层不允许有任何脱落、裂纹和开裂，特别是在直浇道与横浇道结合处、横浇道与内浇道结合处、内浇口与铸型结合处，只要有松动、裂纹、连接不牢靠就有可能进砂。这就要求结合处强度要高、涂料要比较厚，浇注系统要有足够的刚性，必要时需设置拉筋或加固套。模样组放置于砂箱底砂上时应平稳，不允许悬空放置时即开始撒砂震动造型，以
19、避免震裂涂料层。不要正对模样猛烈加砂，应先用软管加砂，震动振实时再用雨淋设备撒砂。开始震动造型时震动要轻微、震幅要小，等干砂埋住模样再大幅震动。在震动造型时浇注系统特别是直浇道时不允许掰、弯，以免涂料层破裂，要严密封闭直浇口以免进砂。整个装箱、撒砂、震动、造型操作过程要非常仔细小心，一定要保证在浇注前模样组涂料层没有任何脱落、开裂和裂纹。在浇注前应再次把浇口杯清理保证没有浮砂、尘土和杂物。3，浇注压头、温度和时间浇注时压头越高对浇注系统和铸型的冲刷越大，冲坏涂料造成进砂的可能性也越大，对不同大小的铸件压头要有所不同。要选择容量合适的浇包，浇包要尽可能降低浇注高度，包嘴尽量靠近浇口杯，应避免用大
20、包浇小活。浇注温度越高，对涂料性能要求就越高，就越容易产生粘砂夹渣等缺陷，应选择合适的浇注温度。对于灰铸铁件，出炉温度可在 1480左右，浇注温度为 13801420 ；球铁铸件出炉温度应在 1500以上，浇注温度为 14201450 ；铸钢件浇注温度为 14801560 。一箱需铁水 300500 公斤的铸铁件浇注时间可控制在 1020 秒左右。4，负压消失模铸造的浇注过程一般都是在真空条件下进行的，负压的作用是紧实干砂、加快排气、提高充型能力，在真空密封条件下浇注改善了工作环境。负压度的大小对铸件质量有很大影响，过大的负压度使金属液流经开裂、裂纹处时吸入干砂和夹杂物的可能性增加，也使铸件的
21、粘砂缺陷增加。过快的充型速度增加了金属对浇道和铸型的冲刷能力，易使涂料脱落进入金属，也容易冲坏涂料层造成进砂。对于铸铁件，合适的负压度一般 0.0250.04MPa。4， 设置挡渣、撇渣和集渣冒口在浇注系统设置挡渣、撇渣和铸件上设置集渣冒口和采取挡渣、撇渣措施有助于改善进砂和夹渣缺陷。5， 型砂型砂粒度过粗、过细都影响夹渣和粘砂缺陷的产生，粒度过粗使粘砂夹渣缺陷增加。铸铁件一般采用粒度 30/50 的干石英砂（水洗砂）即可。6， 采用铁水净化技术消失模铸件的整个成型过程都要考虑铁水净化问题，这是消失模铸造的关键技术之一。包括从铁水熔炼、过热、直至浇入铸型的全过程均要考虑净化问题，过滤技术是其中
22、之一。四，结论1,夹渣缺陷是由于在浇注过程中砂粒、涂料和夹杂物随着液体金属进入铸件而形成的，在消失模铸造生产中普遍存在，严重的影响着产品质量和生产进度。2,在消失模铸造生产的全过程中涂料层的脱落、开裂和裂纹以及直浇道和浇注系统封闭不严密等因素是造成进砂和夹渣缺陷的主要原因。3,提高涂料的强度、耐火度和其他性能，精心装箱操作，采用正确的负压浇注工艺参数，集渣挡渣撇渣技术以及铁水过滤、净化技术等措施可以减少和消除夹渣缺陷。4，消失模铸造与其它铸造方法相比难度大，因为它是个系统工程，不管哪一个环节任何一道工序出了问题，都会带来“满盘皆输”的结果；铸件质量好坏主要取决于管理，所以才有 “三分技术，七分管理”的说法；再好的工艺技术若细节上执行不好，带来结果是天差地远。5，消除“ 夹渣”缺陷，一是要学会对废品进行科学的分析，二是靠一丝不苟地执行工艺，善始善终、循规蹈矩；管理者不但要掌握消失模铸造基本原理知识和操作要领，再是提高管理者的质量管理意识和水平；管理者对操作工不仅是监督更主要是相互理解，两者相辅相成，定会功半事倍。消失模铸造夹渣原因
