鑄件熱裂的案例
從5方面分析鑄件產生熱裂的原因及相應解決辦法
根據上述分析可見，影響鑄件形成熱裂的因素是多方面的。因此，當考慮防止熱裂的措施時，不能從單方面的影響因素著手解決，需結合具體情況進行綜合分析，從而采取相應辦法方可。
1、鑄件結構
鑄件結構設計不合理，往往是熱裂產生的原因之一。所以，在設計鑄件時應注意以下幾點：
a、兩截而相交處不要設計成直角拐彎，須設有圓角。圓角的形狀、大小視鑄件的交接情況確定。圖7舉例說明同一用途的兩種鑄鋼件結構。圖7（a）所示結構由于兩截面交接成一直角拐彎，形成了熱節，造成收縮應力易于此處集中和熱裂的形成。若改為圖7 (b)所示圓弧形結構后，熱裂即被消除。
b、盡量減小并分散熱節點，避免采用十字交叉的截面，在條件允許的情況下，應將交叉的截面錯開。圖8、9、10是各種連接形式的合理與不合理結構的對比實例。
c、必須在鋼件上采用不等厚度的截面時，應使鑄件各部分收縮時彼此不發生阻礙。例如手輪、齒輪等輪類鑄件除在轉角處做出圓角外，必要時可將輪輻做成彎曲狀見圖11。
2、鑄造工藝設計
a.液體金屬經過內澆口進入型腔后，靠近內澆口的鑄件冷卻較慢，形成鑄件上的薄弱區，因而較易產生熱裂。有時，鑄件收縮可能受到澆口阻礙而產生熱裂。尤其是為了使金屬液均勻澆入，應用復雜而且相連的澆口時，危險就更大。
如何比較合理地設置內澆口，可參照圖12、13、14所示的改進方式進行設置。
b、在壁厚不均勻的截面交接處，常常產生熱裂，為消防這類缺陷，經用戶同意可以在這些部位設置工藝筋(見圖15)。防裂工藝筋不僅可以提高鑄件熱裂部位的強度，更主要是能起散熱作用，從而減緩“熱點”集中程度，緩解熱裂的產生。
展開 從5方面分析鑄件產生熱裂的原因及相應解決辦法
根據上述分析可見，影響鑄件形成熱裂的因素是多方面的。因此，當考慮防止熱裂的措施時，不能從單方面的影響因素著手解決，需結合具體情況進行綜合分析，從而采取相應辦法方可。
1、鑄件結構
鑄件結構設計不合理，往往是熱裂產生的原因之一。所以，在設計鑄件時應注意以下幾點：
a、兩截而相交處不要設計成直角拐彎，須設有圓角。圓角的形狀、大小視鑄件的交接情況確定。圖7舉例說明同一用途的兩種鑄鋼件結構。圖7（a）所示結構由于兩截面交接成一直角拐彎，形成了熱節，造成收縮應力易于此處集中和熱裂的形成。若改為圖7 (b)所示圓弧形結構后，熱裂即被消除。
b、盡量減小并分散熱節點，避免采用十字交叉的截面，在條件允許的情況下，應將交叉的截面錯開。圖8、9、10是各種連接形式的合理與不合理結構的對比實例。
c、必須在鋼件上采用不等厚度的截面時，應使鑄件各部分收縮時彼此不發生阻礙。例如手輪、齒輪等輪類鑄件除在轉角處做出圓角外，必要時可將輪輻做成彎曲狀見圖11。
2、鑄造工藝設計
a.液體金屬經過內澆口進入型腔后，靠近內澆口的鑄件冷卻較慢，形成鑄件上的薄弱區，因而較易產生熱裂。有時，鑄件收縮可能受到澆口阻礙而產生熱裂。尤其是為了使金屬液均勻澆入，應用復雜而且相連的澆口時，危險就更大。
如何比較合理地設置內澆口，可參照圖12、13、14所示的改進方式進行設置。
b、在壁厚不均勻的截面交接處，常常產生熱裂，為消防這類缺陷，經用戶同意可以在這些部位設置工藝筋(見圖15)。防裂工藝筋不僅可以提高鑄件熱裂部位的強度，更主要是能起散熱作用，從而減緩“熱點”集中程度，緩解熱裂的產生。
展開 樹脂砂工藝生產鑄鋼件，熱裂缺陷最頭疼，從4方面有效解決！
用樹脂砂生產薄壁、形狀復雜的鑄鋼件時，最容易產生的一種缺陷是熱裂。
造成熱裂的主要原因如下：
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。
展開 樹脂砂工藝生產鑄鋼件，最頭疼的熱裂缺陷，從四個方面出手解決！
用樹脂砂生產薄壁、形狀復雜的鑄鋼件時，最容易產生的一種缺陷是熱裂。
造成熱裂的主要原因如下：
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。
展開 
鑄造溫度控制-FLOW-3D在澆鑄以及熱裂問題判斷的成功應用
案例說明 ：利用 FLOW-3D 進行制程評估以及確認鑄件熱裂問題的產生
案例一、四圓柱棒鋼模
FLOW-3D 案例一設定
1. 非牛頓流體
2. 紊流模型（RNG k-epsilon model）
3. 隱式熱傳解（Implicit）
4. 從充型執行至固化結束
5. 充型時間約 35 秒
解決無法填滿模穴的方法 – 離心鑄造
旋轉速度設定：200 RPM
以 FLOW-3D 進行仿真
FLOW-3D 物理模型選擇：非慣性參考座標軸模型（Non-inertial reference model）
將旋轉角速度的影響施加于澆鑄過程中。
二、六圓柱棒澆鑄（熱裂問題評估）
問題描述：鑄件在固化過程中發生斷裂
固化過程中發生鑄件斷裂的問題檢討：
鑄造過程中造成的應力集中以及鑄件變形原因可能來自于：
固化過程中，模具限制了鑄件的收縮，而造成該區域斷裂
鑄件固化過程中鑄件各區域的溫度差異過大，造成熱應力集中斷裂
固液相轉換時發生嚴重的體積收縮，鑄件各個區域的收縮量不同造成鑄件斷裂
熱應力發生的原因：
鑄件中各個區域因為收縮量不同造成溫度差異
由于溫度的平衡影響，在這些區域開始造成應力集中
如果固化過程中應力超過鑄件材料固化時的拉伸應力，就會發生永久性的變形甚至是斷裂
FLOW-3D 案例二設定： 零速度場（僅做固化分析）、熱傳采用顯式解計算（Explicit）
結果顯示：（固化過程中之固化率分布，紅色代表固化率 = 100% 的區域）
結果：溫度差異最大的區域顯示
結論：
FLOW-3D 能夠精確的預測重力鑄造件充型的效果以及熱裂問題的預測。
展開 NOVACAST：一款強大的鑄造工藝仿真軟件
4、分析系統
充型計算系統、凝固計算系統、熱應力計算系統、澆冒補縮計算系統。
5、缺陷預測
縮松、縮孔、澆不足、冷鎘、卷氣、夾渣、粘砂、氣孔、夾雜、偏析、熱裂及冷裂、強度等。
6、專業鑄造材料庫
依據合金相圖構成高級數據庫，鑄造材料包括鑄鐵、鑄鋼、鎂鋁合金、有色金屬、發熱材料、保溫材料、冷卻材料、砂型、金屬模具等。
7、網格功能
CVM 控制體積網格、Dual-mesh 網格法、網格編輯。
基于以上關鍵詞，讓我們一起來詳細解讀下Novacast的特色功能，以及到底能帶來哪些實實在在的價值？
NOVACAST 鑄造仿真模擬系統采用了先進的CVM 控制體積法計算機數值模擬技術，是一個專門為分析、評價和優化鑄造工藝方案而開發的軟件工具。借助該軟件系統，鑄造技術人員能夠在設計工藝方案時通過對現有方案下鑄件形成的過程做計算機模擬，以形象準確的可視化效果，通過計算機顯示鑄造過程溫度、充型速度、壓力和凝固時間變化，并對可能產生的缺陷提出預報。
通過對鑄件充型和凝固過程的模擬，可以形象準確的顯示在給定澆冒口系統下物理場的變化情況，夾渣和其他非金屬夾雜物可以引入金屬液流中并模擬其運動軌跡。通過優化澆冒口系統和出氣系統可以避免由于紊流情況引起的氧化物夾雜、冷隔、縮松、縮孔和氣孔等缺陷。先進的CVM 網格處理計算方法可以采用更少的網格數量處理復雜、薄壁的鑄件產品，其網格計算速度可達普通有限元法及有限差分法的數倍，實現了快速、高精度的計算效能。NOVACAST 操作簡單、功能齊全、模擬精度高、計算速度快，廣受客戶好評，
在全球范圍內具有廣泛的客戶群體。
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縮松、縮孔、澆不足、冷鎘、卷氣、夾渣、粘砂、氣孔、夾雜、偏析、熱裂及冷裂、強度等。
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通過對鑄件充型和凝固過程的模擬，可以形象準確的顯示在給定澆冒口系統下物理場的變化情況，夾渣和其他非金屬夾雜物可以引入金屬液流中并模擬其運動軌跡。通過優化澆冒口系統和出氣系統可以避免由于紊流情況引起的氧化物夾雜、冷隔、縮松、縮孔和氣孔等缺陷。先進的CVM 網格處理計算方法可以采用更少的網格數量處理復雜、薄壁的鑄件產品，其網格計算速度可達普通有限元法及有限差分法的數倍，實現了快速、高精度的計算效能。NOVACAST 操作簡單、功能齊全、模擬精度高、計算速度快，廣受客戶好評，
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展開 半固態壓鑄成形技術 為汽車輕量化開“綠色通道”
相對鍛造等熱變形成形工藝，半固態成形變形抗力小，從而可一次大變形量加工成形形狀復雜且精密度及性能要求較高的零部件，克服傳統鍛造方中成本高、不能成形復雜件的缺點，具有凈成形、高質量、高性能、低能耗、低成本等諸多獨特的優點，被國內外研究學者譽為21世紀最具前途的金屬加工技術之一。
具體來說，半固態壓鑄成形技術和其它成形工藝相比，其優勢主要有體現在以下幾方面：
首先，半固態壓鑄成形可以有效控制鑄件內部氣孔缺陷含量。在流動過程中，半固態金屬呈現出有序、可控的宏觀流動狀態，不同于液態金屬的混亂、不可控的宏觀流動狀態。利用這一特性，可以使金屬流體按設計順序有序充填金屬模具型腔，將型腔空氣推至型腔末端，最后通過排氣槽排出，避免了型腔氣體的卷入，減少氣孔缺陷，提高鑄件的致密性。
半固態壓鑄成形還可以有效控制鑄件內部縮孔缺陷含量。金屬從液態凝固到固態，需要經歷液態收縮和凝固收縮兩個體積收縮過程，從半固態凝固到固態，僅需要經歷凝固收縮一個體積收縮過程。與液態金屬相比，半固態金屬在凝固過程中的體積收縮率較小。在自然凝固的條件下，同等體積的半固態金屬產生的縮孔體積要比液態金屬少。
此外，半固態壓鑄成形還能有效減少鑄件的熱裂傾向。熱裂產生的根源是合金在凝固過程產生的內應力，半固態壓鑄成形技術，消除了枝晶搭接產生的內應力，同時減小合金收縮量，從而減小熱裂的發生傾向。
優質的半固態壓鑄成形件，由于內部沒有氣孔，鑄件可進行高溫熱處理，從而可進一步提升產能，且鑄件具有良好的可焊性。半固態壓鑄成形技術也沿襲了常規壓鑄成形生產效率高的特點，非常適合大批量零部件的制備。
成熟的技術產業化助力車輛減重
目前，在歐美日韓等發達國家，半固態壓鑄成形件已批量化應用于汽車領域。
展開 金屬的定向凝固、同時凝固、均衡凝固各有什么優缺陷？
因此，同時凝固原則適用于以下情況：
結晶溫度范圍大，容易產生縮孔的合金，例如錫青銅，對氣密性要求不高的鑄件，可采用同時凝固原則。
壁厚均勻的鑄件，尤其是均勻的薄壁鑄件，應采用同時凝固原則。
從合金性考慮，適宜采用定向凝固原則的鑄件，如果熱裂、變形成為主要生產矛盾時，也可采用同時凝固原則。
同時凝固的缺點：在鑄件中心區域容易形成縮松，鑄件致密性相對較差。
三、均衡凝固
鑄鐵鐵液在冷卻時要產生體積收縮，凝固過程中析出石墨又會產生膨脹，膨脹可以抵消一部分收縮。
均衡凝固就是利用鑄鐵的收縮和膨脹的動態疊加的自補縮和澆冒口系統的外部補縮，采用工藝措施，使單位時間的收縮與補縮，收縮與膨脹按比例進行的一種工藝原則。
灰鑄鐵和球墨鑄鐵的均衡凝固技術，著重于利用石墨化膨脹自補縮，冒口只是補充自補縮不足的差額。冒口不必要晚于鑄件凝固，冒口不應放在鑄件的熱節上，冒口的補縮的有限的。
均衡凝固的優點：均衡凝固作為鑄件件工藝的設計原則，能有效地克服縮孔、縮松、氣孔、渣孔和裂紋等鑄造缺陷。
與定凝固原則要求冒口晚于鑄件凝固相比，均衡凝固可使用尺寸較小的冒口，提高工藝成品率；由于冒口不放在熱節上，可以消除冒口根部的縮孔和縮松缺陷，減少鑄件廢品率。
展開 涂料用的好，鑄件問題少！精心匯總鑄造涂料十大問題解決方法
涂料烘干開裂除了添加劑的強度和抗裂性不佳而不能克服烘干收縮力外，還有其他幾個因素值得注意：
① 骨料粉過細或不良成份過量(如鋁礬土生料等)
② 水浸潤后的骨料粉烘干時收縮率過大(如膨潤土)
③ 干燥溫度不穩定(如正面太陽曬，反而陰涼)
④ 涂料厚薄懸殊(如轉角處堆積很厚，而兩側直面很薄，有似于鑄件熱節縮裂)
⑤ 泡沫熟化不充分，烘干過程發生3次變形
⑥ 熱氣流速度過快，導致各部位烘干應力差異(比如烈日下刮大風或烘房內高溫強對流)
防裂措施：
① 提高添加劑的抗裂性(比如增加抗裂纖維含量)
② 降低添加劑的收縮率(合理調節配方)
③ 骨料粉不要過細或透氣性過低
④ 烘房內溫度均衡，太陽能利用不要簡單化“風吹日曬”
⑤ 白模轉角處的漿液不要流積過多過厚(軟毛刷處理或調換漿液流動方向)
⑥ 白模必須充分烘干熟化
⑦ 烘干溫度控制在60℃以下
⑧ 必要時可添加2～3%的硅溶膠增加抗裂性
⑨ 不要亂選用不明不白的添加劑、粘結劑之類的物料
四、涂料不掛膜怎么辦?
展開 各種典型鑄造技術的原理和方法—砂型鑄造
生產中通常根據鑄件的合金種類、質量、壁厚的不同來選定原砂的化學成分和礦物組成。例如鑄鋼的澆注溫度高達1500℃左右，鋼液含碳量較低，型腔中缺乏能防止金屬氧化的強還原性氣氛，與鑄型相接觸的界面上金屬容易氧化生成FeO和其它金屬氧化物，因而較易與型砂中的雜質進行化學反應而造成化學粘砂。所以要求原砂中Si02含量應較高，有害雜質亦應嚴格控制。鑄鋼件的澆注溫度愈高，壁厚愈厚，則對原砂中Si02含量的要求就愈高。
鑄鐵的澆注溫度一般在1400℃以下，鐵液中含有較多碳分，濕型澆注時型砂中加入有煤等附加物，能產生大量還原性氣氛，在與鑄型相接觸的界面上金屬基本不氧化，實際上濕型鑄鐵件無化學粘砂現象。
燒結點指的是原砂顆粒表面或砂粒間混合物開始熔化的溫度。它是原砂各種組合成分耐火性能的綜合反應。所以，有時采用測定原砂燒結點的辦法能更直觀地說明原砂做為耐火材料的性能，而且可用來推測原砂中SiO2含量高低和雜質多少。長石、云母及其雜質中所含有的堿金屬氧化物(Na20、K20)、堿土金屬氧化物(CaO、MgO)等能與Si02和氧化鐵生成易熔物質。例如Si02與NaO的質量比為73：27的混合物，其熔點僅793℃．K2O與SiO2可形成熔點僅525℃低熔物, 燒結點低。
（ 2）原砂－非石英質原砂
硅砂缺點：熱膨脹系數比較大，而且在573℃時會因相變而產生突然膨脹-----鑄件若裂；熱擴散率比較低；容易與鐵的氧化物起作用等。這些都會對鑄型與金屬的界面反應起不良影響。在生產高合金鋼鑄件或大型鑄鋼件時，使用硅砂配制的型砂，鑄件容易發生粘砂缺陷，使鑄件的清砂十分困難。
非石英質原砂是指礦物組成中不含或只含少量游離Si02的原砂。在鑄鋼生產中已逐漸采用一些非石英質原砂來配制無機和有機化學粘結劑型砂、芯砂或涂料。
展開 
