重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺,也称重力浇铸。那么,下面
重力铸造厂家小编说一说关于在重力铸造过程中,需要避免多种裂纹的出现,以下是详细介绍:
一、热裂纹
产生原因
凝固方式不当:如果铸件的凝固方式是糊状凝固,即铸件在凝固过程中,结晶骨架被剩余的液态金属分割开,形成孤立的液膜,当铸件收缩受到阻碍时,这些液膜就容易被拉裂,产生热裂纹。例如,在一些壁厚差异较大的铸件中,厚壁部分凝固速度慢,薄壁部分凝固速度快,这种凝固的不同步可能导致热裂纹。
合金成分影响:某些合金元素会影响合金的凝固温度范围和收缩特性。如铝合金中,铜含量过高可能会扩大凝固温度范围,使合金在凝固过程中更容易产生热裂倾向。因为较宽的凝固温度范围会使铸件在凝固后期,液态金属补缩困难,从而产生裂纹。
浇注温度过高:高温浇注会使铸件在凝固过程中的液态收缩和凝固收缩增大。当收缩产生的拉应力超过合金在该温度下的强度极限时,就会产生热裂纹。例如,对于铸铁铸件,如果浇注温度过高,液态铸铁在冷却凝固过程中,由于温度梯度大,收缩剧烈,容易产生热裂纹。
避免措施
优化铸件结构:设计铸件时,尽量使壁厚均匀,避免出现过大的壁厚差异。对于无法避免的壁厚变化,应采用渐变的方式,如设置过渡圆角,减少热节的产生,从而使铸件能够更均匀地凝固,减少热裂风险。
调整合金成分:通过合理调整合金成分,控制有害元素的含量,如在铝合金中降低杂质元素的含量,适当调整铜、镁等主要合金元素的比例,以优化合金的凝固特性,减小凝固温度范围,降低热裂倾向。
控制浇注温度和速度:根据铸件的材质、形状和尺寸,合理确定浇注温度和速度。一般来说,在保证铸件充型完整的前提下,尽量采用较低的浇注温度。同时,浇注速度要适中,避免过快或过慢。例如,对于小型简单的铸件,可以采用稍快的浇注速度和相对较低的浇注温度;而对于大型复杂铸件,则需要更精细地控制浇注速度,以确保液态金属能够平稳地填充型腔,减少热应力的产生。
二、冷裂纹
产生原因
铸件内应力过大:在铸件凝固后冷却过程中,由于不同部位的冷却速度不同,会产生热应力。如果铸件的结构设计不合理,如存在尖锐的内角、复杂的形状导致冷却不均匀,或者在铸造工艺上没有采取适当的措施来消除应力,当这些内应力超过铸件材料的屈服强度时,就会产生冷裂纹。例如,在铸钢件中,由于钢的弹性模量较大,冷却过程中产生的内应力也较大,容易出现冷裂纹。
氢含量过高:在熔炼过程中,如果金属液吸收了过多的氢气,在铸件凝固和冷却过程中,氢会以分子形式析出,在铸件内部形成高压气体,当压力足够大时,会导致铸件产生裂纹。这种情况在一些对氢比较敏感的合金(如高强度铝合金)中尤为明显。
材料韧性差:如果铸件材料本身的韧性较低,在受到一定的应力作用时,容易发生脆性断裂,产生冷裂纹。例如,一些铸铁材料,由于其石墨形态和基体组织的影响,如果石墨呈片状且基体组织较脆,在应力作用下就容易产生冷裂纹。
避免措施
去应力处理:对于结构复杂、容易产生内应力的铸件,可以在铸造完成后进行去应力退火处理。将铸件加热到一定温度(根据材料不同而异),保温一段时间后缓慢冷却,通过这种方式消除铸件内部的残余应力,减少冷裂纹的产生。例如,铸钢件通常在 550 - 650℃进行去应力退火,时间根据铸件的尺寸和形状等因素确定,一般每 25mm 厚度保温 1 - 2 小时。
控制熔炼过程中的氢含量:在熔炼合金时,采用干燥的炉料和合适的熔炼工艺,避免金属液与水分接触,减少氢气的吸收。例如,在铝合金熔炼中,可以使用覆盖剂防止金属液吸气,并且在浇注前进行除气处理,如采用旋转除气或吹气精炼等方法,降低金属液中的氢含量。
提高材料韧性:通过调整合金成分和铸造工艺来改善铸件材料的韧性。例如,在铸铁中加入适量的合金元素(如镍、钼等)可以改变石墨形态和基体组织,提高材料的韧性;同时,优化铸造工艺,如控制冷却速度,使铸件获得更理想的组织,也有助于提高材料的韧性,从而减少冷裂纹的产生。