Каковы причины появления трещин в литой стали?

Возникновение трещинных дефектов в литых стальных деталях – весьма распространенная и сложная проблема, охватывающая всю производственную цепочку от выплавки, процесса литья до последующей обработки. Трещины в основном вызваны внутренними напряжениями (в основном термическими и усадочными напряжениями), превышающими предел прочности материала при этой температуре.

Обычно трещины делят на две категории: горячие трещины и холодные трещины.

1、 Горячее растрескивание возникает на поздней стадии или вскоре после затвердевания расплавленной стали, когда металл находится в состоянии сосуществования твердое-жидкое с низкой прочностью и пластичностью. Температура возникновения: обычно вблизи линии солидуса (около 1300-1450°С). Особенности: Трещина сильно окислена, имеет черный или синий цвет, извилистую и неправильную форму.

основная причина:

1. Конструктивное исполнение отливок. Чрезмерные различия в толщине стенок и неравномерные переходы в местах соединений приводят к неравномерному охлаждению и значительным термическим напряжениям.

2. Нерациональная конструкция системы заливки: литник слишком сконцентрирован или неправильно расположен, что приводит к локальному перегреву, который со временем затвердевает в этой области.

Невозможно получить сжатие и поддержку.

3. Плохая отдача песчаной формы/стержня: прочность песчаной формы слишком высока, что препятствует ее свободной усадке во время затвердевания и усадки отливки, что приводит к растягивающим напряжениям и растрескиванию. Это очень распространенная причина.

4. Химический состав сплава: Высокое содержание вредных элементов, таких как сера (S) и фосфор (P): они образуют сульфиды и фосфиды с низкой температурой плавления, образуя жидкие тонкие пленки на границах зерен, значительно ослабляя силу межзеренной связи и являются чрезвычайно важными факторами, приводящими к термическому растрескиванию. Содержание углерода (C): при высоком содержании углерода диапазон температур затвердевания становится шире, дендриты становятся грубыми и наблюдается повышенная склонность к термическому растрескиванию. 5. Неправильное использование подставки и охлаждающего утюга. Если горловина подставки слишком длинная или слишком короткая, а охлаждающий утюг установлен неправильно, это усугубит неравномерное охлаждение.

2. Холодное растрескивание возникает после того, как отливка полностью затвердела и остыла до эластичного состояния, обычно на низкотемпературной стадии ниже 600 ° C. Температура возникновения: более низкая температура. Особенности: участок трещины чистый, с металлическим блеском или легким оксидным цветом, трещина относительно прямая и непрерывная, имеет прямую форму.

основная причина:

1. Чрезмерное напряжение отливки: Термическое напряжение: вызвано неравномерной скоростью охлаждения различных частей отливки. Усадочное напряжение: Механические препятствия для усадки отливки, вызванные формами, песчаными стержнями, системами литников и ограничителями коробки. Напряжение трансформации: напряжение, возникающее в результате изменения удельного объема в процессе охлаждения, когда происходит структурное преобразование (например, превращение аустенита в мартенсит).

2. Металлургическое качество стали. Высокое содержание газа, особенно водорода (H), может вызвать «водородное растрескивание» и снизить ударную вязкость материала. Неметаллических включений много: будучи точками концентрации напряжений, включения могут существенно снижать прочность и трещиностойкость материалов.

3. Преждевременное шлифование во время упаковки: отливка еще не охлаждена до достаточно низкой температуры, а внутренние напряжения не полностью устранены, прежде чем преждевременная вибрация и шлифовка могут легко вызвать образование холодных трещин.

4. Неправильный процесс термообработки: чрезмерная скорость нагрева или охлаждения: особенно во время отжига и нормализации, если нагрев или охлаждение неравномерны, это приведет к возникновению огромного напряжения при термообработке, которое наложится на исходное напряжение отливки и приведет к растрескиванию.

Закалочная трещина: это особая форма холодного растрескивания, при которой образуется мартенсит высокой твердости из-за быстрой скорости охлаждения при закалке, сопровождающейся огромными структурными напряжениями, что делает его очень легким для растрескивания.

Резюме и идеи решения

При обнаружении трещин в литых стальных деталях причины следует систематически исследовать по следующим аспектам:

1. Химический состав: Строго контролировать содержание вредных элементов, таких как S и P.

2. Процесс плавки: методы рафинирования используются для уменьшения содержания газов и включений в расплавленной стали. 3. Структура отливки. Оптимизируйте конструкцию, чтобы избежать резких изменений толщины стенок, и используйте закругленные переходы.

4. Процесс литья: система литника и стояка: разумно спроектирована для достижения последовательного или одновременного затвердевания, избегая локального перегрева. Формовочный песок/стержневой песок: Обеспечьте достаточную пластичность и сминаемость. Холодный утюг и стояк: правильное использование для контроля последовательности охлаждения.

5. Удаление песка и очистка: перед упаковкой убедитесь, что отливки охлаждены до достаточно низкой температуры (например, ниже 400 ° C) в песчаной форме. При резке стояков и сварочных ремонтах также необходимо избегать возникновения новых напряжений.

6. Процесс термообработки: Разработайте разумные спецификации термообработки, особенно контролируйте скорость нагрева и охлаждения. Для сложных деталей или деталей из высоколегированной стали используйте метод ступенчатого нагрева и медленного охлаждения.

Чтобы точно определить конкретную причину, часто необходимо объединить макроскопический и микроскопический морфологический анализ трещин (металлографическое исследование), обзор процесса и анализ химического состава, чтобы сделать комплексное заключение.