大型铸钢件常见缺陷分析

铸钢件 中由氮化 铝引起 的沿 晶断 口缺陷 ，按其宏 观 形貌特征分 为杆状 断 口和 贝壳状 断 口两种 。出现 在 柱状 晶 区的沿 晶断 口 ，光整棱 面呈 长条形 ，故称 为杆 状 断 口；出现 在等轴 晶区的沿 晶断 口，光整棱面呈 贝
图 ７ 铸 钢 冷 裂 形貌 图
壳形 ，故称 为贝壳 状 断 口。图 ｌ ０为铸 钢件 中的杆状 断 口和贝壳状 断 口形貌 ，其上 既可 以观察 到沿柱状 晶 晶界 的杆 状断 口，也可观 察到沿 等轴 晶晶界断裂 的贝 壳状 断 口，二者均 为灰 白色 。
为 了 防止 偏析 缺 陷的产 生可采 取 如下措 施 ：①适
当 降 低 浇 注 温 度 和 浇 注 速 度 ，减 小 厚 壁 铸 件 中 的枝 晶
图 ４ 皮 下气 孔 的 微观 形 貌
尺 寸 ，这样枝 晶偏 析可 以减 轻 ；② 采用 较长 时 间的高
温 均 化 退 火 处 理 ，微 观 偏 析 程 度 可 以减 轻 。
质 量 、外 形 、尺 寸均有 严格 的要求 。大型 铸钢件 常见
的缺陷有 缩孔 、缩松 、气孑 、偏 析 、冷裂 与热裂 、 自 Ｌ 点 、缺陷 断 口 ７种 。本文 对这些 缺 陷的特点进 行 了总 结 ，以此 为诊 断铸 件质量 提供 参考 。
１ 缩 孔
图 １ 分 散 型 缩 孔 形 貌 图
形态 细而且直 ，由于铸 件 已处 于较低 温度 ，故裂纹 表 面有金 属光泽 或轻微 氧化 色 。 热 裂是铸 件在凝 固未期 及凝 固后不 久 的温度范 围 内 ，金 属的强 度和塑 性处 于很低 的状 态下 ，因固态 金
属 收缩受 阻而 引起 的 开 裂 。由 于铸 件 处 于高 温状 态 ， 所 以裂纹 表面 氧化严 重 ，无 金属光 泽 。裂 纹沿 晶界萌
存在 于铸 件 表 面 或 内部 的 裂 纹 破 坏 金 属 的 连 续
・
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机 械 工 程 与 自 动 化
２１ Ｏ １年 第 ３ 期
性 ，属于不允 许 缺陷 。按裂 纹形成 温度 范围 ，通 常将 其分 为冷裂 和热裂 两种 。 冷裂是铸 件冷 却到 弹性状 态 ，局 部铸 造应力 超过
准备 、造 型 、制芯 、合箱 、浇注 、落 沙 、清 理直到 热
处理为 止 ，整 个工 艺过程 都要严 格控制 ，才 能有效地
控 制 铸 件 质 量 ，稍 有 不 慎 就 会 引 起 各 种 缺 陷 。铸 件 的
质量除要 求其 组织 、性 能符合 要求 外 ，由于大部 分铸
件只要求 铸造 自由表 面 ，不 再进行 加工 ，所 以对 表面
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而 同 时 凝 固 ， 晶 粒 之 间 和 枝 晶 之 问 形 成 的 细 小 通 道 使
量 ，削 弱铸 件 的强度 ，常使 铸件 成 为废 品。
３ ２ 防 止 气 孔 缺 陷产 生 的措 施 ．
外部 液体 金属 很难 通过 ，而 无法 给予 补缩 的结 果 。
缩 松 有 的用 肉 眼 、放 大 镜 即可 看 清 ， 有 的要 用 光 学 显 微 镜 和 扫 描 电镜 才 能 发 现 （ 观 缩 松 ） 图 ３为 微 。
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为 了 防止气 孔缺 陷的产 生可 采取 如下 措施 ：① 在 浇 注和 造 型系统 中设 置足 够 的冒 口和通气 孔 ，提高 砂
铸钢 中缩 松 的宏 观 断 口形 貌 图 ，缩 松形 似海 绵 体 。
型 和砂 芯 的透气性 ；② 钢液 应充 分脱 氧 ，防止 钢液 二 次氧化 ，并 充 分 去 除 钢 中的 氢 气 和 氮 气 ；③ 在 浇 注 时 ，应 防止 氧化 物进 入钢水 中 ；④控 制钢 水 中含氮 量
缓 慢 凝 固 的截 面 上 ，除 此 还 应 当适 当考 虑 到 冒 口 的有
２ 缩 松
２ １ 缩 松 的 特 点 ．
缩 松 是 分 散 的 细 小 孔 洞 ，多 出 现 在 缩 孔 下 部 或 四
效补缩 距离 ；③采用 发 热 冒口 ；④适 当地使用 内冷铁
收稿 日期 ：２ １ ． ３ １ ０ １０ —８
５ 冷 裂 与 热 裂 ５ １ 冷 裂 与 热 裂 的 特 点 ．
孑 壁 的光滑程 度 随含气 体 的不 同而异 。 由氢气形 Ｌ
成 的 内 部 气 孔 孔 壁 发 亮 呈 银 白 色 ； 由 一 氧 化 碳 形 成 的
内部气孔孔 壁较 暗 ，呈 浅兰 色 ；而与 大气相 通 的气孔
一
般都具 有 氧 化 色 。气 孔 的存 在 损 害 铸 件 的表 面 质
产 工 艺和 提 高 产 品质 量 提 供 参 考 。
关键 词 ： 大 型铸 钢 件 ；缺 陷 ；措 施
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ５ Ｇ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引言
或冷铁 ，以提 高未端 的补缩效果 和冷却速 度 ；⑤适 当
降低浇 注温度 和浇注速 度。
大型铸 件 的质 量在 很大 程度上 取决 于液态金属 的 质 量和铸 造工艺方 案 的确 定 、贯彻 和执行 。从原材 料
大 ， 内 部 气 孔 多 数 尺 寸 较 大 ，外 形 较 圆 整 。 图 ４为 皮 下 气 孔 的 微 观 形 貌 ，气 孔 在 形 成 过 程 中 由 于 已 与 大 气 贯 通 ， 因此 孔 壁 已 氧 化 （ ４ 中 Ａ 处 ） 图 。
图 ５ 宏 观 偏 析
图 ６
枝 晶 偏 析
４ ２ 防 止 偏 析 缺 陷 产 生 的 措 施 ．
图 ３ 铸 钢 中 缩 松 的 宏 观 断 口 形 貌 图
“八” 型偏 析带 ，中间 为 “Ｖ” 型 偏 析 带 ） ；微 观 偏
２ ２防 止 缩 松 缺 陷 产 生 的 措 施 ．
析又 可分 为枝 晶偏 析 （ 图 ６ 和晶 问偏 析 。 见 ）
为 了防止缩 松缺 陷 的产 生 可采取 如 下措施 ：① 改
大 型 铸 钢 件 常 见 缺 陷分 析
雷 广 山 雷 钧 ， ，王 雪
（ ．山 西省 机 电设 计 研 究 院 ， 山 西 太 原 １ ０ ０ ０ ；２ 太 原 科 技 大 学 ， 山 西 太 原 ３ ０９ ． ０ ０２ ） ３ ０ ４
摘 要 ：详 细 地 分 析 了Biblioteka Baidu 型铸 钢 件 常见 的各 种 缺 陷 ，并 提 出 了防 止缺 陷产 生 的 措 施 。 以此 为 改 善 大 型铸 钢 件 生
进 铸 件 设 计 ，使 截 面 厚 度 逐 步 地 变 化 ，避 免 难 以 补 缩
的内角 和厚截 面 ；② 建立适 当的浇 冒 口和冷 铁 系统 以 保 证顺 序凝 固 ；③ 对 于铸 铁 件 则 需 适 当 增 加 铸 型 刚 度 ，并适 当降低浇 注温度 ，如果铸 件发 生膨 胀 ，则 需 减 少石黑 化元 素含 量 ，并适 当提高 冷却 速度 。
生 和扩展 ，外裂表 面宽 内部 窄 ，呈撕 裂状 。 内裂 一般
分 布在最后凝 固区 ，常 与枝 晶伴 生 。图 ７为铸 钢冷 裂
形貌 图 ，图 ８为铸钢 热裂 形态 及显微 组织特征 。
图 ９
铸 钢 件 中 的 臼 点
７ 铸钢 件中的沿 晶断 口
７ １ 氮化 铝 引起 的 沿 晶断 口 ．
第 ３ （ 第 １ ６期 ） 期 总 ６
２１ ０ １年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０ＭＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ ３ ．
Ｊｎ ｕ．
文 章编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ １ ０ ． ０ ６ ０ １ ７ —４ ３ ２ １ ） ３ ０ ９ ． ３
图 ｌ 铸 钢 件 中 的杆 状 断 口和 贝 壳状 断 口形貌 ０
防止形成这 类沿 晶断 口的一 般措施 为 ：①冶炼 时 利用硅 一钙合金 代替部分 的铝进 行脱氧 ，并适 当控制 加铝量 ；②最大 限度地去 除钢 中的氮气 ；③ 铸件应避
免 在 氮 化 铝 析 出 量 最 大 的 温 度 区 间 停 留过 久 。
３ 气 孔 ３ １ 气 孔 的特 点 ．
气 孔是铸 件在 凝 固过程 中滞 留在 金属 中 的气 体所
引 起 的 孔 洞 ，呈 圆 形 、 椭 圆 形 或 针 孔 形 ，孔 壁 光 滑 ，
分 布 在 铸 件 表 皮 下 （ 下 气 孔 ） 或 内 部 （ 部 气 皮 内 孔） 。铸 件 内部 由于凝 固速 度较 慢 ，气 泡 可 以 充分 长
中 型 缩 孔 形 貌 图 ，缩 孔 位 于 铸 件 厚 截 面 中 心 部 位 的 最
后凝 固 区。
Ｉ ２ 防 止 缩 孔 缺 陷 产 生 的措 施 ．
为 了 防 止 缩 孔 缺 陷 产 生 可 采 取 如 下 措 施 ：① 利 用
图 ２集 中 型 缩 孔形 貌 图
计算机 模拟技 术 ，使 工艺 设 计 能确 保 铸 件顺 序 凝 固 ； ②使用 有足够 数量 和大小 的 冒 口，并将 其设 置在最后
１ １ 缩 孔 的特 点 ．
因金属 的液态 收缩和凝 固收缩在铸 件最后凝 固部
分集 中形 成 一个 或 多 个 宏 观 孔 洞 ，这 种 缺 陷 叫做 缩
孔 。缩 孔 的 形 状 不 规 则 ，孔 壁 粗 糙 ， 常 伴 有 树 枝 晶 。
按 缩孔分 布 情 况 可 分 为 分 散 型缩 孔 和集 中型 缩 孔 两 类 。图 １为分散 型缩孔 形貌 图 ，缩孔 位于铸 件厚截 面 区 ，沿边缘 分散 分布 ，缩孔 内充满树 枝 晶。图 ２为集
周 ，是最后凝 固部分 的残 留液体金属 由于温度 梯度小
作 者简 介 ：雷广 山 （ ９ ２ ）， ， １ ６ ． 男 山西 寿 阳 人 ，［ 翌 ， 专 ， 要从 事 质 量 检 测 工作 。 ： ｛师 大 主
２１ ０ １年 第 ３期
雷广 山 ， ： 等 大型 铸 钢件 常 见 缺 陷 分 析
图 ８ 铸 钢 热 裂 形 态 及 显 微 组 织 特 征
５２ 防 止 冷 裂 与 热 裂 缺 陷产 生 的 措 施 ． 防 止 铸 件 产 生 冷 裂 的 一 般 措 施 为 ：铸 件 浇 注 完
毕 ，使 其在铸 型 中缓慢 而均匀 地冷却 ，避免造 成过 大 的应力 和应力 集 中。 防止铸件 产生 热裂 的一般措 施为 ：①正确控 制浇 注温度 ，避 免 缩 松 出现 或 因型砂 烧 结 而 阻碍 铸 件 收 缩 ；② 在凝 固较迟 部位 放置散 热片或冷 铁 ，尽 量使铸 件均匀顺 序 地 凝 固 ；③ 避 免 收缩 受 阻 的一 切 不 利 因
金属 的强度极 限 时 引起 的开 裂。裂 纹 往 往穿 晶扩 展 ，
素 ，如 冷 隔 、 飞 边 等 。
６ 合 金 铸 钢 中 的 白点
一
般铸 钢 件 中 很 少 出 现 白点 ，但 淬 透 性 极 高 的
Ｎ —Ｍ ｉ ｏ—Ｃ ｕ系合 金铸 钢在 快 冷条 件 下 ，会 出现 较高 的组织应 力和 热应 力 ，这 两种应 力与氢交互作 用 的结 果则可 能产生 与锻钢件类 似的 白点 ，如 图 ９所 示。 防止合 金铸钢 中产生 白点 的一 般措施为 ：① 严格 烘烤 炼钢 炉 料 ；② 提 高 冶 炼 质 量 ，采用 真空 除 气 技 术 ，最大 限度 地去 除氢气 ；③ 浇注完 毕的铸件在砂 型 中实 行保温缓 冷工艺 ，并控制 在 ２ ０Ｃ以下打箱 。 ０ｏ
和含铝 量 。 ４ 偏 析 ４ １ 偏 析 的 特 点 ．
液 态金 属 在铸 型 中凝 固时 ，由 于 选 分 结 晶 的 结 果 ，溶 质元 素 以不 同方式 进行重 新 分布 ，造成 化学 成 分 的不 均 匀性 ，这种 缺陷 称为偏 析 。偏 析可 分为宏 观
偏 析 和 微 观 偏 析 两 类 。 宏 观 偏 析 又 可 分 为 “＾” 型 偏析和 “ Ｖ” 型 偏 析 ， 如 图 ５所 示 （ 头 所 指 处 为 箭