樹脂砂鑄鋼件產生熱裂缺陷的原因及其防止措施

樹脂砂鑄鋼件產生熱裂缺陷的原因及其防止措施

用樹脂砂生產薄壁、形狀復雜的鑄鋼件時，容易產生的一種缺陷是熱裂。其原因有三：
1、使用樹脂砂流動性好，易緊實；樹脂加入量少，砂粒上包覆的粘結劑膜薄，這樣砂粒受熱膨脹，砂芯、砂型的熱膨脹率會比水玻璃砂芯（型）高。
2、樹脂砂受熱后，在還原性氣氛下樹脂炭化結焦而形成堅硬的焦炭骨架，能提高砂芯熱強度（如1000℃時樹脂砂的抗壓強度是水玻璃砂的5~10倍），嚴重阻礙砂芯（型）退讓。呋喃樹脂中糠醇的含量越高（氮含量越低），鑄件的熱裂傾向越大，因為糠醇提高了樹脂的熱分解溫度，降低了樹脂的熱分解速度，從而降低了砂型或砂芯的潰散性，使砂型或砂芯更加阻礙鑄件收縮，造成鑄件熱裂傾向加重。由于鑄鋼凝固時液一固兩相區的區間較寬，因此呋喃樹脂砂鑄鋼時更易產生熱裂缺陷，尤其是框架結構件。
3、用呋喃樹脂砂時，采用對甲苯磺酸作催化劑會增硫，從而加大熱裂傾向性。
高溫金屬凝固時產生的收縮受到砂芯（型）較大的阻力，使鑄件產生應力和變形，而合金表面增硫，又降低了抗熱裂的能力。當應力或變形超過合金在該溫度下的強度極限或變形能力時，就會形成熱裂。
為使樹脂砂，尤其呋喃樹脂砂避免或減少熱裂，可采取以下幾個方面的措施：
1、合金方面
（1）控制鑄件的含硫量，宜在0.03%以下，并且避免鑄件中出現Ⅱ型硫化物。（鑄鋼件中的硫化物呈三種形態，即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅱ型的硫化物沿晶界分布，呈斷續狀，容易引起鑄件熱裂。）通過調整錳硫比來改變硫的分布型態。
（2）對于碳鋼件，應使S+P≤0.07%，因為硫與磷的疊加作用，使熱裂傾向性增加。
（3）用A1脫氧時，應將鋁的殘留量A1殘留控制≤0.1%；過高的A1殘量，有利于形成A12S3，甚至可能形成A1N，使鋼的斷口呈現“巖石狀”，大大降低鑄鋼件的抗熱裂能力。
（4）使鋼的晶粒能細化。如在鋼液中加入稀土和硅鈣，既可脫氧、脫硫，又可以細化晶粒。對NiCrMoV鋼的測定表明：在相同的條件下，經稀土+硅鈣處理的鋼液，較之未處理的鋼液，其抗裂能力高2倍以上。
2、鑄造工藝方面
（1）在滿足鑄件的充填性的要求時，盡量降低鋼液的澆注溫度。對0.19%C的碳鋼，在1550℃時澆注比在1600℃時澆注，其抗熱裂能力幾乎高一倍。
（2）對于薄壁鑄件，宜采用較高的澆注速度。如對某鑄鋼件，重量為 125Kg，壁厚為15mm，澆注時間為14秒時不出現熱裂；延長至40秒就觀察到裂紋。
（3）在鑄件易發生裂紋處設置防裂筋，是防止鑄鋼件熱裂的有效措施。具體辦法參閱文獻[ ]。
（4）及時松箱，也有助于減少熱裂，因為可以減少鑄件的收縮應力。
3、造型材料方面
（1）降低樹脂加入量，或對樹脂改性，使樹脂具有熱塑性，讓呋喃樹脂在高溫時不結焦或少結焦，從而保證其有良好的高溫容讓性。
（2）在呋喃樹脂砂中加入附加物，使樹脂砂具有熱塑性；或者在收縮受阻嚴重處，加入木粉、泡沫珠粒；或者在鑄型中相應部位放塑性好的退讓塊，提高其高溫退讓性。
（3）采用磷酸固化劑。因為磺酸類固化劑容易引起鑄件表面滲硫，在鑄件表面引起微裂紋，成為龜裂源。
（4）使用熱膨脹系數較小的造型材料，如用鉻鐵礦砂等代替石英砂等。
（5）減薄砂芯（型）的砂層厚度，如采用中空砂芯。例如：某類閥門鑄件，僅僅通過減薄型芯砂層厚度，改變芯骨的連接方法，就消除了鑄件的熱裂缺陷。
（6）在易產生裂紋的地方合理使用冷鐵或找其它激冷措施。
（7）采用能有效減少滲硫的涂料。
4、鑄件結構方面
鑄件的形狀與尺寸，是由設計者決定的，生產方無法改變。但是，對于園角的大小，壁厚過渡處的處理等，可以與有關設計部門協商，按照鑄造生產要求作適當修改。
上述幾方面的因素對鑄鋼件熱裂都有影響，但對于某一具體鑄件，可能只有其中的部分因素是主要的。