铸件变形与裂纹的初探

结论
铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。
2.变形影响铸件的尺寸精度，几何形状，增加了废品率。
3.变形使加工工序复杂化，增加机械加工难度。
4.如铸件内部有细小裂纹，应用与实际中，严重影响使用性能。
5.使铸件的力学性能发生变化塑性、韧性下降、强度、硬度增加。
如何生产出高质量的零件，对节约材料、能源和缩短制造工时，提高经济效益都有很大的意义。
冷裂的产生：
冷裂是铸件冷却到低温处于弹性状态时所产生的热应力和收缩应力的总和，如果大于该温度下合金的强度，则产生冷裂。冷裂是在较低温度下形成的.其形状特征是：裂纹细小、缝内干净、呈连续直线状、裂纹表面有金属光泽或呈微氧化色。冷裂纹是穿晶而裂，外形规则光滑，常出现在形状复杂的、大型铸件的、受拉应力的部位，尤其易出现在应力集中处。壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄的铸件易于发生冷裂。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如白口铁、高碳钢及一些合金钢等也易产生冷裂纹。
二、铸造的缺点
铸造技术中存在的问题
（1）技术水平低。
（2）模具铸件一个严重的裂纹问题。
（3）没有被广泛使用的模拟软件。
（4）能源和原材料消耗高。
（5）铸件的气密性差
（6）设备成本高
所需的设备，如压铸机压铸，熔炼炉，保温炉和生产压铸模具及其他费用是相当昂贵的。
（7）需用材料和设备多、污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重。
冷裂的防止：
凡是减小铸造内应力或降低合金脆性的措施，都能防止冷裂的形成。例如：钢和铸铁中的磷能显著降低合金的冲击韧性，增加脆性，容易产生冷裂倾向，因此在金属熔炼中必须严格加以限制,且铸件在浇注之后，也勿过早落砂。。
四、变形和裂纹对铸件的影响
1.裂纹使铸件产生应力集中，从而不可用使之成为废品。
3）改善铸型和型芯的退让性。退让性愈好，机械应力愈小，形成热裂的可能性愈小。具体措施是采用有机粘结剂配制型砂或芯砂；在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退让性。
4）减小浇、冒口对铸件收缩的阻碍，内浇口的设置应符合同时凝固原则。
5）合理地调整合金成分（严格控制钢和铁中的硫、磷含量），合理地设计铸件结构，采用同时凝固的原则和改善型（芯）砂的退让性，都是防止热裂的有效措施。 二、冷裂
2、铸件裂纹防治方法
a.钢水纯净度要高。使用优质的原材料；
b.避免铸件收缩受阻；
c.浇注型温不宜过低。
d.控制铸型冷却出型时间
e.铸件放置时采用缓慢冷却
f.改进模具结构设计，避免尖角，壁厚力求均匀，圆滑过渡
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三、铸件冷裂、热裂的防止
在热应力的作用下，铸件薄的部分受压应力,厚的部分受拉应力，但铸件总是力图通过变形来减缓其内应力。因此，铸件常发生不同程度的变形。铸件的变形往往使铸件精度降低，严重时可以使铸件报废，应予防止。因铸件变形是由铸造应力引起，减小和防止铸造应力的办法，是防止铸件变形的有效措施。
另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很广，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。
(1) 适应范围广。铸造法几乎不受铸件大小、厚薄和形状复杂程度的限制 , 铸造的壁厚可达 0.3 ~ 1000mm, 长度从几毫米到十几米 , 质量从几克到 300t 以上。最适合生产形状复杂 , 特别是内腔复杂的零件 .
二、铸件变形和裂纹的防止方法
1、铸件变形防治方法
a.大平面铸件设置加强筋、模具上设计出反变形量；
b.铸件壁厚设计过渡不要过大,其截面形状对称；
c.在铸造工艺上应采取措施，使其同时凝固；
d.对细长易变形的铸件，在制造模型时，将模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形，这种方法为反变形法。
铸件变形和裂纹的初探
摘要：本文主要探讨1.铸件变形和裂纹产生的原由；
2.如何防止变形和裂纹的形成；
3.深入探讨关于冷裂、热裂；
4.变形和裂纹对铸件性能的影响；
裂纹形成的条件
材料的塑性变形能力不足以承受当时所产生的应变量
裂纹的特征
具有尖锐的缺口和长宽比大的特征
2) 裂纹产生的原因
a. 铸件凝固收缩过程中，由于各部位冷却速度不一致，导致收缩受阻，当阻力超出材料强度极限时，铸件产生裂纹；
b. 钢水中杂质、有害气体量比较大时，会割裂基体，使铸件产生裂纹；
2）产生原因：
a．模具结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊
b．砂型(芯)退让性不良
c．模具局部过热
d．金属液体温度过高
e．自模具中取出铸件过早
f．热处理过热冷却速度过激
g.冲型时冷却模具局部温度设置不当
2、铸件裂纹
1) 裂纹的定义
在应力和致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的裂缝
(2) 铸造法能采用的材料广 , 几乎凡能熔化成液态的合金材料均可用于铸造。如铸钢、铸铁飞各种铝合金、铜合金、续合金、铁合金及钵合金等铸件。对于塑性较差的脆性合金材料 , 铸造是惟一可行的成形工艺 。
(3)铸件具有一定的尺寸精度。一般情况下 , 比普通锻件、焊接件成形尺寸精确
(4)成本低廉、综合经济性能好、能源、材料消耗及成本为其它金属成形方法所不及。
第三章
铸件的变形与裂纹
一、变形、裂纹
1、铸件变形
1）变形的定义
铸件凝固过程中由于壁厚不同，冷却速度不一致，使铸件最后凝固的部位产品应力，处于这种状态的铸件是不稳定的，将自发地变形以减小其内应力，以趋于稳定状态。变形的结果是受拉应力的部位趋于缩短变形、受压应力的部位趋于伸长变形，以使铸件中的残余应力减小或消除，导致铸件变形。
中国铸造模具工业发展到今天，经历了一个艰辛的历程，直到1976年仍处在落后状态。自1977年以来，由于我国机械、电子、轻工、仪表、交通等工业部门的蓬勃发展，对铸造模具的需求在数量上越来越多，质量要求越来越高，供货期越来越短。因此，引起了我国有关部门对铸造模具工业的高度重视，将模具列为“六五”和“七五”规划重点科研攻关项目，派人出国学习考察，引进国外铸造模具先进技术，制定有关铸造模具国家标准。通过这一系列措施，使得铸造模具工业有了很大发展，并在某些技术方面有所突破。第二汽车制造厂采用新技术、新材料为日本五十铃厂制造了高质量的大型铸造模具，赢得了良好的国际信誉。
5.铸造业的前景。
关键词：铸件 变形 裂纹 冷裂 热裂 性能
前言
现代科学技术的发展，要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。因此，铸件在生产之前，首先应进行铸造工艺设计，使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作，才能有效地控制铸件的形成过程，达到优质高产的效果。
c. 冷裂纹凝固温度越大，热烈倾向越大.
3、裂纹的种类
a.出现的位置
表面裂纹和内部裂纹
b.按裂纹的走向
横向裂纹和纵向裂纹
c.按尺寸大小
宏观裂纹和微观裂纹
d.按出现的温度范围
热裂纹和冷裂纹
e. 按形成机理
淬火裂纹，轻致裂纹，低塑性脆化裂纹，再热裂纹，层状撕裂和内应力腐蚀。
热裂的防止：
1）选择结晶温度范围窄的合金生产铸件，因为结晶温度范围愈宽的合金，其液、固两相区的绝对收缩量愈大，产生热裂的倾向也愈大。如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小，所以热裂倾向也；但铸钢、铸铝和可锻铸铁的热裂倾向较大。
2）减少铸造合金中的有害杂质，如减少铁-碳合金中的磷、硫含量，可提高铸造合金的高温强度。
第一章
铸造的历史回顾
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。
第四章
铸造业的前景
我国的铸造企业约有24000家，与发达国家相比企业多，铸造机械化水平和模具精度、性能、配套性、可靠性水平比发达国家低得多，许多关键件、模具需要进口。铸造是劳动密集型的企业，又是热、脏、累的典型。但是，中国的原材料丰富，劳动力本钱较低，在产品价格上据有较大的上风，只要将产品质量进步，在国际上仍有很大的竞争力。在进入WTO后，不再会有外销的问题，所以会有更多的中外合资或外方独资铸造厂进入中国。这些铸造厂的建立也将给中国带来新的铸造技术与装备，给我国带进好的铸造厂样本。同时，海内高新技术工业的兴起，机械行业向精密化、小型化发展，以及建筑行业陆续出台的一些法规和地方法规，用铸铜和不锈钢铸件代替铸铁管件，为铸造行业提供了前所未有的商机。
当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹是严重的铸造缺陷，必须设法防止。裂纹按形成的温度范围分为热裂和冷裂两种。
一、热裂
热裂的产生：
热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的。其形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。因为在凝固末期，铸件绝大部分已凝固成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的收缩受到铸型、型芯和浇注系统等的机械阻碍时，将在铸件内部产生铸造应力，若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的强度极限，即产生热裂。热裂是铸钢件、可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺陷，一般出现在铸件的应力集中部位，如尖角、截面突变处或热节处等