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高錳鋼鑄件裂紋產生的機理和控制措施分析

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1、化學成份和組織的影響
   高錳鋼發明之初的化學成份是C:1.0%~ 1.4%,Mn:10%~14%。國內外在試驗研究中曾添加合金成份 Cr、Ni、V等企圖提高屈服強度和硬度,也有的加Ti、Al等促進晶粒細化。我們的履帶板、前后導輪等鑄件用材就需要這樣。但不管合金成份如何變化,必須控制在一定的范圍內才能起到好的作用。這些作用是以提高高錳鋼性能為主要目的,對控制裂紋并不明顯。研究標準成份高錳鋼的各元素對裂紋的影響能得到理想的效果。碳、錳是高錳鋼的主要成分,正常情況下高錳鋼的組織是奧氏體單相。在含碳量偏低時易形成馬氏體和8相 (密排六方體)。在含碳量高時。水韌處理狀態下不能避免碳化物析出,還會降低鋼的性能。較高的含碳量可提高屈服點,但會降低延伸性。含碳量低而含錳量高的鋼具有高韌性,對高錳鋼的碳含量在保證性能的前提下盡可能控制在中下限。錳含量控制在中上限。**保持在狹小范圍內,防止碳化物析出,避免造成延伸性和韌性降低而產生裂紋。硅含量一般在 1.0%以下,它對錳鋼的機械性能沒有顯著影響,超過1.0%并逐漸增大時,強度和延伸性會劇烈下降。生產中硅含量都比較低。錳鋼中含硫量較低,因為硫易和錳化合成硫化錳大部分進入爐渣中。鋼中殘留少量的硫化物成為非金屬夾雜物存在,它對鋼的性能影響極微,可忽略不計。磷含量在 0.06%以上時,延伸性急劇下降,易引起鑄件熱裂紋產生。生產時要控制磷含量?;瘜W成份及其含量與機械性能密不可分。在滿足性能的成份范圍內,有時制造就很困難,因此生產時應考慮其兼顧性。這樣可避免因成份上的差異而產生裂紋。

2、鑄造工藝
   鑄造工藝是保證高錳鋼鑄件質量的關鍵。編制這種鋼的工藝時主要考慮避免裂紋生成。影響裂紋產生的主要因素有:鑄件結構、工藝參數、澆冒口設置、型芯結構形式、澆注溫度等。高錳鋼鑄件結構形式應在保證使用的前提下盡可能使相連接壁的厚差最小。避免因溫差大產生收縮應力出現裂紋。雖然有的件壁厚差合理,但設計厚度值過大,在冷卻速度慢時碳化物析出多,受收縮應力影響也會出現裂紋。設計結構無法改變時,工藝編制就要考慮鋼水冶煉時加一些能細化晶粒的元素,增加型芯的退讓性。其它結構問題應視情況而定,如增大圓角、加過渡壁、拉筋等。高錳鋼的收縮率比普碳鋼、合金鋼高。鑄造的毛坯在水韌處理前都處于脆性狀態,任何影響收縮的因素都會使鑄件在澆注后的收縮階段產生裂紋,比較明顯的是箱式鑄件,這種件由砂芯形成內腔,砂芯退讓性好,高應力區非常容易產生裂紋。解決辦法是往芯中加入鋸末、泡沫等保證砂芯有合適的退讓性。箱帶、冒口、飛邊毛刺都有阻礙收縮的條件。采取適當增加吃砂量、疏松層,減少型芯縫隙也是解決退讓性的有效辦法。澆冒口位置和大小對裂紋的產生也有影響,設置位置不能影響鑄件的收縮,澆注系統盡可能分配均勻,鋼水流人應平穩以便減少鑄件各部位溫差,冒口應大小合適。高錳鋼導熱性很差,如冒口尺寸過大,在鑄件冷卻后期冒口與鑄件溫差過大必然產生高應力,常會促成冒口下與鑄件連接處產生裂紋。工藝設計時冒口模數應控制在鑄件模數的1.2~1.3倍范圍內。標準成份的高錳鋼液相線溫度1400℃,固相線溫度1350℃,凝固溫度范圍比較窄,對澆注溫度的反應非常敏感。澆注溫度過高極易產生裂紋,溫度低易產生冷隔和澆不足,理想的澆注溫度是1450~1470℃。厚壁件取下限,薄壁件取上限。澆注時一次澆完中間不停流。

3、熱處理
   高錳鋼只有在合適的成份和正確的熱處理條件下才能獲得它的特性,若未經熱處理或熱處理條件不正確則鋼會變脆甚至出現裂紋。正常的熱處理規范是固溶加高溫水韌處理,以便獲得單一的奧氏體。生產實踐證明固溶溫度應在1050-1090℃范圍內。一般認為,高錳鋼導熱性很差,膨脹率很低,固溶處理時,要采用慢加熱,在600~700℃保溫,以防止開裂。研究結果表明在500~700℃保溫會使殘留奧氏體強烈地析出碳化物,這些析出物降低鋼的塑性,增加新舊組織間比容之差所造成的內應力,從而增加開裂傾向,因此鑄件加熱時應盡快通過這一溫度范圍。
       
4、清理切割
   高錳鋼的特點之一是導熱性差,鑄件澆注后保溫時間太短,冷卻速度快,促使鑄件應力增加易產生裂紋。為防止裂紋產生,盡可能在砂型內緩慢冷卻延長保溫時間,打箱溫度應控制在200℃以下。實踐證明在該溫度下打箱無裂紋出現。在對高錳鋼鑄件澆冒口、飛邊毛刺切割時,因材料導熱性差,造成切割部位熱影響區產生很大的溫差,并形成了高應力狀態。稍有忽視切口處就會產生裂紋。為使熱影響區溫差控制在最小范圍,澆冒口、毛刺切割必須在水池內浸水切割, 保持水溫在40℃以下,這樣操作不易產生裂紋。  
       
5、補焊
   有效地消除鑄造產品缺陷的方法是補焊,補焊階段裂紋出現的可能性也很大。為保證產品質量補焊時必須注意以下幾個問題:
   ①補焊前不需要預熱。較低溫度重新加熱可使碳化物沿晶粒邊界和結晶面析出,促使重新出現脆化現象,容易出現裂紋。
   ②在未經水韌熱處理的錳鋼件上進行焊補是不可能有滿意結果的。
   ③去除缺陷盡量不用火焰切割或碳弧氣刨,**用風鏟和砂輪。
   ④補焊焊條成份要與母材相近,也可用不銹鋼焊條,無論用哪種焊條碳含量都應較低,補焊時可降低碳化物析出。
   ⑤準備補焊的部位應表面光潔,無油、銹,按焊補工藝要求修出適當坡口。
   ⑥補焊方法嚴格按工藝執行。
   ⑦補焊時避免引起 產生裂紋危險的熱應力是非常重要的。由于錳鋼有高的膨脹系數和低的導熱系數,冷卻時會在補焊處產生應力,因此冷卻時錘擊焊補金屬,使壓縮應力和其冷卻時產生的拉應力相抵消。
   ⑧補焊時保持母體金屬最低限度的受熱,可使重新加熱的不良影響減至最小。    

  上述方法在生產中已全部采用,操作恰當焊補區產生裂紋缺陷是可以避免的。
       
6、結論  
   高錳鋼鑄件裂紋產生的原因很多,在多年研究和實踐的基礎上, 找出了高錳鋼經常產生裂紋的原因和防止措施,有效地指導了生產,把裂紋控制在最小范圍內。

轉自:熱加工論壇

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