熱裂
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-08
熱裂的視頻教程
Simufact welding 電阻點焊視頻教程
通過在熱影響區內對微結構屬性進行計算，Simufact welding 能夠完成上述 操作目標，同時也讓用戶在鑒別焊接缺陷方面，形成了有價值的經驗，如，仿真過程中出現的熱裂以及如何在實際運用中避免出現這種裂縫。 Simufact welding能夠根據真實的工裝幾何形狀的運用，協助探索最優的夾緊裝置；與此同時也將夾緊力納入了操作范圍。
￥10 41分鐘 973播放
查看
熱裂的實例教程
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 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 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 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 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 
熱裂的最新內容
裂紋是三大缺陷中危害嚴重的一種，分為熱裂和冷裂兩類，多由冷卻凝固收縮受阻產生的內應力導致，當內應力超過鑄鐵材料強度時，就會出現開裂現象。裂紋可分為表面裂紋和內部裂紋，表面裂紋肉眼可見，呈線性或網狀，內部裂紋則需通過專業檢測才能發現。裂紋一旦產生，會快速擴展，破壞平臺的結構完整性。
與奧氏體不銹鋼相比,2205DSS材料導熱系數線膨脹系數小,又包含兩種組織,因此熱裂傾向和變形小;與低合金高強鋼相比,因組織中含有約50%的奧氏體,因此冷裂紋傾向小。總之,2205DSS 可焊性良好。
雙相不銹鋼優良的性能是靠適當比例的兩相組織來保證的。焊接工藝參數對焊縫的組織有很大的影響。
4、機械密封的振動偏大
機械密封的振動偏大主要有兩種原因:一是機械密封本身的原因,轉動設備在運行中,密封端面可能會有磨損、熱裂、變形等狀況,采用彈簧力作為補償機構作用力的,在長時間使用后彈簧本身會松弛或斷裂,輔助的密封圈也可能會有變形、斷裂、磨損等現象發生。另一種原因是其它的部件振動太大,導致密封損壞。
圖8 3擋主動齒輪朝向6擋齒輪一側的端面裂紋
Fig.8 Crack on the end face of the 3rd driving gear towards the 6th gear
表面運動摩擦時，會使摩擦副間的溫度升高，甚至使接觸材料發生相變，形成摩擦馬氏體，使摩擦面發生熱裂和高溫氧化，其特征為徑向裂紋，一般稱之為摩擦開裂。
焊接時應遵守冷焊焊接工藝，焊后能進行切削加工，但焊縫有一定的熱裂傾向。
(二)異質(非鑄鐵型)焊縫的電弧冷焊工藝
1、焊條：異質球墨鑄鐵冷焊主要應用鎳鐵焊條(EZNiFe-1)及高釩焊條(EZV)。
2、參數：在氣溫較低或焊接較厚大的加工鑄件時，應適當預熱，預熱溫度l00～200℃。焊接時，在保證焊縫熔合的前提下焊接電流應盡量小。
結論
對于使用強度較高的鑄型生產的大型鑄鐵件，在澆注工藝上采用分散、底注的澆注方式，同時輔以適當提高澆注速度、適當提高澆注溫度的方法，可以大大減少鑄件孔眼類缺陷（氣孔、渣眼、鐵豆）、裂紋類缺陷（熱裂、冷裂）、表面類缺陷（冷隔、澆不足）、組織及性能類缺陷（孕育衰退）的產生，提高鑄件的成品率，減少廢品損失，降低鑄件加工過程中由于鑄件內部缺陷的原因報廢而造成的機械加工損失。
造成這種缺陷的主要原因是原材料碳化物偏析級別差，加之改鍛時鍛比不夠或鍛造方法不當具有這種缺陷的鍛件，熱處理淬火時容易局部過熱和淬裂。制成的刃具和模具使用時易崩刃等。
帶狀組織
鍛造帶狀組織是鐵素體和珠光體、鐵素體和奧氏體、鐵素體和貝氏體以及鐵素體和馬氏體在鍛件中呈帶狀分布的一種組織，它們多出現在亞共折鋼、奧氏體鋼和半馬氏體鋼中。
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。
含有細粒子熱裂法炭黑的丁苯硫化膠,撕裂速度、溫度對撕裂能量的影響,如圖5-20所示。圖中曲面上升,表示了炭黑的補強效果。各種橡膠的撕裂性能差異很大,除了聚氨酯橡膠外,一般合成橡膠的抗撕性能,都低于天然橡膠。它們的抗撕性能力有下順序:NR>CR>IIR>SBR>NBR,結晶能力強的天然橡膠和氯丁橡膠,具有優秀的抗撕性能。非晶性丁苯橡膠和丁晴橡膠有較差的抗撕性能。
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。
