本节将从不同角度对铸件的凝固原则和冷裂做详细的分析。
同时凝固原则
采用各种方法,保证铸件各部分(不论它的尺寸和结构)近乎同时凝固,从而减小各部分的温差。同时凝固因铸件凝固后,各部分冷热均匀,热应力小,铸件不容易变形和产生裂纹,可不设置冒口或者冒口很少,切割冒口的工作量较小。而对于液态收缩大的铸件往往在截面中心形成缩松,降低了铸件的塑性和致密性。
顺序凝固原则
采用各种方法,保证铸件远离冒口部分最先凝固,绕后市靠近冒口的部分凝固,最后才是冒口本身凝固。铸件顺序凝固时,最先凝固的部分得到较慢凝固部分的补缩,而较慢凝固部分得到冒口的补缩,使缩孔集中在冒口中,从而获得致密的铸件。
应该指出,逐层凝固和顺序凝固是不同的。逐层凝固有助于实现顺序凝固,因为它使铸件的断面中心长时间的保持液态,形成补缩通道,保证冒口补缩作用的实现。因此,合金逐层凝固倾向性好,就容易实现顺序凝固。
顺序凝固能保证获得致密的铸件,但铸件各部分的温差较大,故热应力较大,易使铸件变形或产生热裂。同时,由于要放置冒口,增加了金属的消耗量和切削冒口的工作量。
均衡凝固工艺原则
铸件的收缩值是不确定的,不能根据合金的种类和牌号给出一个确定的收缩值来决定冒口尺寸。铸件的收缩值不仅和合金的成分、浇注温度有关,还和铸件的大小、结构、壁厚、铸型种类、浇注工艺方案及参数有关。越是薄小件越是要强调补缩,补缩措施可以利用浇注系统(薄小件),也可以利用专设冒口(对厚小件)。厚大件补缩要求低,可以用小冒口、有限冒口和无冒口工艺。任何铸铁件的补缩工艺设计,都应该以自补缩为基础。为此,应优先采用顶注工艺。
冷裂的特征
裂缝细小没有分叉,常穿过晶粒,裂口表面干净,呈连续直线 有金属光泽或轻微氧化色。冷裂一般发生在铸件的内尖角处和缩孔、非金属夹杂物等附近。形状复杂的大型铸件容易形成冷裂。有些裂裂纹在打箱清理后即发现,有些是因铸件内部已有很大的残余应力,在清理、搬运或随后的机械加工过程中,受到振击或出砂后受到激冷才开裂的。大型复杂件和壁厚相差较大的轮类铸件,容易形成冷裂。
冷裂的形成原因
铸件的冷裂倾向与铸造应力和合金的强度、塑性和韧性密切相关。冷裂产生在铸件冷却过程中承受拉应力的部分,特别是应力集中的部分。铸件产生冷裂的倾向和影响因素,与铸造应力的因素基本一直,将铸造应力减至最低程度是防止铸件产生冷裂的根本方法。
防治措施
铸件产生冷裂和变形的原因是冷却过程中铸件各部分冷却速度不一致。因此,前面所述防止铸件产生铸造应力的方法都可用于防止铸件产生变形和冷裂。
此外,从工艺上防止变形还可以采取以下措施:
(1) 提高铸型刚度,加大压铁重量可以减小铸件的挠曲变形量。
(2) 控制铸件打箱时间。过早打箱,铸件温度高,在空气中冷却会加大内外温差,以致引起变形和开裂。适当延长打箱时间,可避免开裂和减小变形,但对于某些结构复杂的铸件,因铸型或型芯溃散性差,会引起冷裂。对易变形的重要铸件,可采用早打箱,并立即放入炉内保温缓冷的工艺。
(3) 采取反变形措施。在模样上做出与铸件残余变形量相等,方向相反的预变形量,按该模样生产铸件,铸件经冷却变形后,尺寸和形状刚好符合要求。
(4) 设置防变形筋。防变形筋能承受一部分应力,可防止变形。待铸件热处理后再将防变形筋去除。
(5) 改变铸件的结构,采用弯形轮幅代替直轮幅,减小阻力,防止变形。
总结:对于铸件出现的一些现象一定要从它的本质上对此进行分析。