树脂砂铸钢件产生热裂缺陷的原因及其防止措施

树脂砂铸钢件产生热裂缺陷的原因及其防止措施

用树脂砂生产薄壁、形状复杂的铸钢件时，容易产生的一种缺陷是热裂。其原因有三：
1、使用树脂砂流动性好，易紧实；树脂加入量少，砂粒上包覆的粘结剂膜薄，这样砂粒受热膨胀，砂芯、砂型的热膨胀率会比水玻璃砂芯（型）高。
2、树脂砂受热后，在还原性气氛下树脂炭化结焦而形成坚硬的焦炭骨架，能提高砂芯热强度（如1000℃时树脂砂的抗压强度是水玻璃砂的5~10倍），严重阻碍砂芯（型）退让。呋喃树脂中糠醇的含量越高（氮含量越低），铸件的热裂倾向越大，因为糠醇提高了树脂的热分解温度，降低了树脂的热分解速度，从而降低了砂型或砂芯的溃散性，使砂型或砂芯更加阻碍铸件收缩，造成铸件热裂倾向加重。由于铸钢凝固时液一固两相区的区间较宽，因此呋喃树脂砂铸钢时更易产生热裂缺陷，尤其是框架结构件。
3、用呋喃树脂砂时，采用对甲苯磺酸作催化剂会增硫，从而加大热裂倾向性。
高温金属凝固时产生的收缩受到砂芯（型）较大的阻力，使铸件产生应力和变形，而合金表面增硫，又降低了抗热裂的能力。当应力或变形超过合金在该温度下的强度极限或变形能力时，就会形成热裂。
为使树脂砂，尤其呋喃树脂砂避免或减少热裂，可采取以下几个方面的措施：
1、合金方面
（1）控制铸件的含硫量，宜在0.03%以下，并且避免铸件中出现Ⅱ型硫化物。（铸钢件中的硫化物呈三种形态，即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅱ型的硫化物沿晶界分布，呈断续状，容易引起铸件热裂。）通过调整锰硫比来改变硫的分布型态。
（2）对于碳钢件，应使S+P≤0.07%，因为硫与磷的叠加作用，使热裂倾向性增加。
（3）用A1脱氧时，应将铝的残留量A1残留控制≤0.1%；过高的A1残量，有利于形成A12S3，甚至可能形成A1N，使钢的断口呈现“岩石状”，大大降低铸钢件的抗热裂能力。
（4）使钢的晶粒能细化。如在钢液中加入稀土和硅钙，既可脱氧、脱硫，又可以细化晶粒。对NiCrMoV钢的测定表明：在相同的条件下，经稀土+硅钙处理的钢液，较之未处理的钢液，其抗裂能力高2倍以上。
2、铸造工艺方面
（1）在满足铸件的充填性的要求时，尽量降低钢液的浇注温度。对0.19%C的碳钢，在1550℃时浇注比在1600℃时浇注，其抗热裂能力几乎高一倍。
（2）对于薄壁铸件，宜采用较高的浇注速度。如对某铸钢件，重量为 125Kg，壁厚为15mm，浇注时间为14秒时不出现热裂；延长至40秒就观察到裂纹。
（3）在铸件易发生裂纹处设置防裂筋，是防止铸钢件热裂的有效措施。具体办法参阅文献[ ]。
（4）及时松箱，也有助于减少热裂，因为可以减少铸件的收缩应力。
3、造型材料方面
（1）降低树脂加入量，或对树脂改性，使树脂具有热塑性，让呋喃树脂在高温时不结焦或少结焦，从而保证其有良好的高温容让性。
（2）在呋喃树脂砂中加入附加物，使树脂砂具有热塑性；或者在收缩受阻严重处，加入木粉、泡沫珠粒；或者在铸型中相应部位放塑性好的退让块，提高其高温退让性。
（3）采用磷酸固化剂。因为磺酸类固化剂容易引起铸件表面渗硫，在铸件表面引起微裂纹，成为龟裂源。
（4）使用热膨胀系数较小的造型材料，如用铬铁矿砂等代替石英砂等。
（5）减薄砂芯（型）的砂层厚度，如采用中空砂芯。例如：某类阀门铸件，仅仅通过减薄型芯砂层厚度，改变芯骨的连接方法，就消除了铸件的热裂缺陷。
（6）在易产生裂纹的地方合理使用冷铁或找其它激冷措施。
（7）采用能有效减少渗硫的涂料。
4、铸件结构方面
铸件的形状与尺寸，是由设计者决定的，生产方无法改变。但是，对于园角的大小，壁厚过渡处的处理等，可以与有关设计部门协商，按照铸造生产要求作适当修改。
上述几方面的因素对铸钢件热裂都有影响，但对于某一具体铸件，可能只有其中的部分因素是主要的。