鋁合金重力鑄件應(yīng)力和裂紋的種類,鋁合金鑄造澆注溫度對鑄件的影響

1、澆注溫度過高將大大提高廢品比例

澆注溫度過高會引起砂型漲大，特別是具有復(fù)雜砂芯的灰鑄鐵件，當(dāng)澆注溫度≥1420℃時廢品增多，澆注溫度為1460℃時廢品達(dá)50%。在生產(chǎn)中，利用感應(yīng)電爐熔煉能較好地控制鐵液溫度。

2、澆注溫度過低時可能形成的缺陷

(1)硫化錳氣孔 

此種氣孔位于灰鑄鐵件表皮以下且多在上面，常在加工后顯露出來，氣孔直徑約2~6mm。有時孔中含有少量熔渣，金相研究表明，此缺陷是由MnS偏析與熔渣混合而成，原因是澆注溫度低，同時鐵液中含Mn和S量高。

這樣的含S量和適宜的含Mn量(0.5%~0.65%)，可以顯著改善鐵液純度，從而有效地防止這類缺陷。

(2)砂芯氣體引起的氣孔 

氣孔和多空性氣孔常因砂芯排氣不良而引起。因為造芯時砂芯多在芯盒中硬化，這就常使砂芯排氣孔數(shù)量不夠。為了形成排氣孔，可在型芯硬化后補(bǔ)充鉆孔。

(3)液體夾渣 

加工后灰鑄鐵件表皮之下會發(fā)現(xiàn)一個個單體的小孔，孔的直徑一般為1~3mm。個別情況下只有1~2個小孔。金相研究表明，這些小孔與少量的液體夾渣一起出現(xiàn)，但該處未發(fā)現(xiàn)S的偏析。研究表明，這種缺陷與澆注溫度有關(guān)，澆注溫度高于1380℃時，鑄件中未發(fā)現(xiàn)這種缺陷，故澆注溫度應(yīng)控制在1380—1420℃。值得一提的是改變澆注系統(tǒng)設(shè)計，未能消除此缺陷，故此種缺陷可以認(rèn)為是由于澆注溫度低以及鐵液在微量還原氣氛下澆注時形成的。

1.鑄造應(yīng)力

鑄造應(yīng)力按產(chǎn)生的原因不同，主要可分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力兩種。

（1）熱應(yīng)力

鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力，稱熱應(yīng)力。熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸，冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮，鑄件的壁厚差別愈大合金的線收縮率或彈性模量愈大，熱應(yīng)力愈大。定向凝固時，由于鑄件各部分冷卻速度不一致，產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。

（2）收縮應(yīng)力

鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。、一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉應(yīng)力。形成原因一經(jīng)消除（如鑄件落砂或去除澆口后）收縮應(yīng)力也隨之消之，因此收縮應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力。但在落砂前，如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用其瞬間應(yīng)力大于鑄件的抗拉強(qiáng)度時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。

2.減小和消除鑄造應(yīng)力的措施

（1）合理地設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)

鑄件的形狀愈復(fù)雜，各部分壁厚相差愈大，冷卻時溫度愈不均勻，鑄造應(yīng)力愈大。因此，在設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。

（2）采用同時凝固的工藝

所謂同時凝固是指采取一些工藝措施，使鑄件各部分溫差很小，幾乎同時進(jìn)行凝固。因各部分溫差小，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂，鑄件變形小。設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口等。同時凝固的示意圖，該工藝是在工件厚壁處加冷鐵，冒口設(shè)薄壁處。 

（3）時效處理是消除鑄造應(yīng)力的有效措施。

時效分自然時效、熱時效和共振時效等。所謂自然時效，是將鑄件置于露天場地半年以上，讓其內(nèi)應(yīng)力消除。熱時效（人工時效）又稱去應(yīng)力退火，是將鑄件加熱到550－650℃，保溫2－4h，隨爐冷卻至150－200T，然后出爐。共振法是將鑄件在其共振頻率下震動10－60ndn，以消除鑄件中的殘留應(yīng)力。

3.鑄件的變形與防止

如前所述，在熱應(yīng)力的作用下，鑄件薄的部分受壓應(yīng)力,厚的部分受拉應(yīng)力，但鑄件總是力圖通過變形來減緩其內(nèi)應(yīng)力。因此，鑄件常發(fā)生不同程度的變形。鑄件的變形往往使鑄件精度降低，嚴(yán)重時可以使鑄件報廢，應(yīng)予防止。因鑄件變形是由鑄造應(yīng)力引起，減小和防止鑄造應(yīng)力的辦法，是防止鑄件變形的有效措施。

3.鑄件的裂紋與防止

當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須設(shè)法防止。裂紋按形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂兩種。

（1）熱裂

① 熱裂的產(chǎn)生

一般是在凝固末期，金屬處于固相線附近的高溫時形成的。其形狀特征是裂縫短，縫隙寬，形狀曲折，縫內(nèi)呈氧化顏色。鑄件結(jié)構(gòu)不合理，合金收縮大，型（芯）砂退讓性差以及鑄造工藝不合理等均可引發(fā)熱裂。鋼和鐵中的硫、磷降低了鋼和鐵的韌性，使熱裂傾向增大。

② 熱裂的防止

合理地調(diào)整合金成分（嚴(yán)格控制鋼和鐵中的硫、磷含量），合理地設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)，采用同時凝固的原則和改善型（芯）砂的退讓性，都是防止熱裂的有效措施。

（2）冷裂

① 冷裂的產(chǎn)生

冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力的總和，如果大于該溫度下合金的強(qiáng)度，則產(chǎn)生冷裂。冷裂是在較低溫度下形成的，其裂縫細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。壁厚差別大、形狀復(fù)雜的鑄件，尤其是大而薄的鑄件易于發(fā)生冷裂。

② 冷裂的防止

凡是減小鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的措施，都能防止冷裂的形成。例如：鋼和鑄鐵中的磷能顯著降低合金的沖擊韌性，增加脆性，容易產(chǎn)生冷裂傾向，因此在金屬熔煉中必須嚴(yán)格加以限制。