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铸件裂纹和变形缺陷及其防止措施

冷却凝固时，铸件或铸锭的收缩阻力较大时，易产生裂纹和变形缺陷。

1、裂纹和变形缺陷分类

（1）热裂

高温下产生的裂纹称为热裂。温度范围为线收缩开始温度至实际固相线温度。热裂又分为：外热裂、内热裂、皮下热裂。其中，外热裂最常见。热裂的特征为：裂纹为单条或多条，长度短，走向曲折，互不连续。铸钢件和铸铝件易产生热裂，铸钢件热裂纹呈黑氧化色，铸铝件热裂呈暗灰氧化色。

（2）温裂

合金在实际固相线温度以下，至裂口裂壁被渗入的空气氧化，但不呈现明显氧化色的温度范围内产生的裂纹，统称为温裂。温裂可分为：缩裂、热处理裂纹、焊补裂纹等。

（3）冷裂

在常温或略高于常温条件下产生的裂纹，称为冷裂。冷裂纹长、连续陡直，裂口没有氧化色、呈金属光泽，裂纹多产生于应力集中处。

（4）发裂（白点）

钢锭轧制型材和锻件中容易出现这种缺陷。其特征是，该类裂纹很细，断面上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，其直径等于发裂的长度，又称为“白点”。

（5）变形

铸件产生变形时，一般是两端或一端翘起，中间部分凹下。

2、铸造应力

铸造过程中，铸件固态线收缩因各种因素而受阻，发生变形，合金材料中就产生应力，这种应力统称为铸造应力。

铸件打箱、落砂清理后，所有导致产生铸造应力的原因（如温度差、固相相变、阻碍固态线收缩的外部因素）都已消失，且已获得完整无损的铸件，但铸件中可以存在着处于力的平衡状态下的残余应力。按形成的原因不同，残余应力可分为：热应力型残余应力、相变应力型残余应力、收缩应力型残余应力。不论哪种应力，其形成的根源是：铸件上温度超过弹塑性转变临界温度tK的部分，在大于屈服强度，小于抗拉强度的临时应力作用下，各自发生不均一的塑性变形。当铸件温度降低到tK以下后，不均一的塑性变形就导致铸件上产生了残余应力。当该残余应力大于此时材料的抗拉强度时，便引发裂纹。

三种残余应力的分布特点如下表所示。

三种残余应力的分布特点

种类

厚实处（粗棒或横截面中心部分）

细薄处（细棒或横截面外层部分）

热应力型残余应力

拉应力

压应力

相变应力型残余应力

压应力

拉应力

收缩应力型残余应力

压应力

拉应力

3、防止措施

（1）热裂及防止措施

产生热裂的下限温度为略高于实际（非平衡态）固相线温度。形成热裂的原因很多，最根本的原因有以下两点：

①铸件的凝固方式

宽凝固温度范围，糊状凝固方式的合金材料最容易产生热裂；而凝固温度范围窄的合金材料，最不易形成热裂。

②凝固时期的铸件热应力和收缩应力

一般认为，热裂形成于铸件凝固时期；热裂形成与否，取决于铸件凝固时期的热应力和收缩应力。铸件凝固区域固相晶粒骨架中的热应力，易使铸件产生内热裂或皮下热裂；外部阻碍因素造成的收缩应力，则是铸件产生外热裂的主要条件。热节处、收缩应力集中处，最容易产生外热裂。

热裂防止措施如下：

①合金的化学成分

为了防止热裂，首先要控制好化学成分。以铸钢件为例，高碳钢［w（C）≥0.5％］属于宽凝固温度范围，热裂倾向大；钢中的S、P严重地增大铸钢件的热裂倾向；脱氧充分，氧化夹杂少，可减少铸钢件的热裂倾向。

②铸造工艺

良好高温退让性的造型材料可以减少热裂倾向（如水玻璃砂比树脂砂抗热裂性好）；提高浇注温度会增大铸件的热裂倾向；对于易产生热裂的铸件，要设置防裂肋等。干型、法兰铸钢管的外热裂及防止措施如图1所示。

图1.干型、法兰铸钢管的外热裂及防止措施

1—用木模造的容让空腔2—手工挖出容让空腔3—砂箱4—明顶冒口5—金属补贴6—绕编稻草绳7—通气的芯铁管8—砂芯9—防（热）裂肋10—外冷铁C—外热裂

（2）冷裂及防止措施

①冷裂是铸件还未落砂，尚在铸型中，其温度已近于常温或等于常温时产生的。此时，金属材料以弹性变形为主，当铸造应力超过该温度下的抗拉强度时，就产生冷裂。冷裂通常发现在打箱落砂后。

②冷裂形成的原因可归纳为如下几方面：

铸件结构。像热裂一样，冷裂多发生在铸件的应力集中部位，箱体铸件、轮形铸件易发生冷裂；而板条状、半圆形铸件不易产生冷裂。

合金材料因素。韧性材料不易产生冷裂（如低碳钢等），脆性材料易产生冷裂（如含磷量较高的灰铸铁等）。

铸件内部孔洞类缺陷和非金属夹杂物增大冷裂倾向。

③冷裂防止措施如下：

铸件结构设计要合理，壁厚应较均匀，以减少铸造应力和冷裂倾向。

采用正确的铸造工艺。顺序凝固有利于防止热裂和冷裂，延长在砂型内的保温时间可降低热应力，增加砂型的退让性可减少阻力。

进行去应力退火。

③变形及防止措施

铸件打箱落砂后，其几何结构形状与图样不符，这种缺陷称之为铸态变形。铸态变形可分为：技术铸态变形、操作铸态变形两类。技术铸态变形是由于铸件结构设计不合理，铸造工艺不恰当，铸造过程失控而产生的。操作铸态变形是由于人为因素（模样制作有误、模样久存变形等）、合型时砂芯