基本介紹
- 中文名：冷裂
- 外文名：cooling crack
- 特點：裂紋細小，呈連續直線狀
- 出現部位分布：應力集中處
- 防止方式：鑄件壁厚儘可能均勻
- 學科：材料科學
介紹,冷裂紋的特徵,冷裂的形成原因,防止冷裂紋的措施,
介紹
容易發現的長條形而且寬度均勻的裂紋。裂口常穿過晶粒延伸到整個斷面。由於鑄件冷卻不均勻，所形成的鑄造應力大於鑄件金屬的強度極限造成裂紋，稱為冷裂。冷裂與熱裂不同，裂口較直，常沒有分叉，金屬斷面乾淨，有時呈現輕微的氧化 。冷裂常出現在鑄件的表面，有時會貫穿整個鑄件。
合金鋼比碳鋼容易產生冷裂；高碳鋼比低碳鋼容易產生冷裂。這是因為鋼的導熱性因合金元素含量和含碳量的增高而大大降低，使鑄件冷卻時各部分溫差加大，從而增大了鑄造應力。磷使鋼具有冷脆性，含磷高 的鋼鑄件，冷裂的傾向增大。鑄件內的其他 缺陷，如渣眼、縮孔等，會造成應力集中， 促使冷裂的形成。冷裂是鑄件裂紋類缺陷之一。
冷裂紋的特徵
冷裂紋外形呈連續直線狀或圓滑曲線狀，常常穿過晶粒，斷口有金屬光澤或呈輕微的氧化色（見圖1）。形狀複雜的大型鑄件容易產生冷裂，有些冷裂紋在打箱清理後即能發現，有些在水爆清砂後發現，有些則是因鑄件內部有很大的殘餘應力，在清理和搬運時受到震擊形成的。
圖1 鑄件中冷裂紋斷口圖2所示為ZG35CrMn齒輪毛坯的冷裂紋。齒輪的輪緣和輪幅比輪轂薄，冷卻較快，因此先收縮，並對輪轂施加壓力，使輪轂產生塑性變形。當輪轂開始收縮時，受到先已冷卻的輪緣的阻礙，輪幅中產生拉應力，形成冷裂。
圖2 ZG35CrMn齒輪毛坯的冷裂紋冷裂的形成原因
冷裂是由於鑄件中應力超出合金的強度極限而產生的。冷裂往往出現在鑄件受拉伸的部位，特別是有應力集中的部位和有鑄造缺陷的部位。影響冷裂的因素與影響鑄造應力的因素基本是一致的。
合金的成分和熔煉質量對冷裂有重要影響。例如，鋼中的碳、鉻和錳等元素，雖能提高鋼的強度，卻降低了鋼的導熱性能，因而當這些元素較多時，就會增大鋼的冷裂傾向。增加磷會導致鋼的冷脆性增強，磷的質量分數大於0．1%時，其衝擊韌性急劇下降，冷裂傾向明顯增大。鋼液脫氧不足時，氧化夾雜物聚集在晶界上，會降低鋼的衝擊韌性和強度，促使冷裂的形成。鑄件中非金屬夾雜物增多時，冷裂的傾向性也增大。
鑄件的組織和塑性對冷裂也有很大影響。如低碳鎳鉻耐酸不鏽鋼和高錳鋼都是奧氏體鋼，且都容易產生很大的熱應力，但是鎳鉻耐酸鋼不易產生冷裂，而高錳鋼卻極易產生冷裂，這是因為低碳奧氏體鋼具有低的屈服極限和高的塑性，鑄造應力往往很快就超過屈服極限，使鑄件發生塑性變形；高錳鋼的含碳量偏高，鑄件冷卻時，在奧氏體晶界上析出脆性碳化物，嚴重降低了塑性，易形成冷裂。
防止冷裂紋的措施
鑄件產生冷裂和變形的原因是冷卻過程中鑄件各部分的冷卻速度不一致。因此，防止鑄件產生鑄造應力的方法都可用於防止鑄件產生變形和冷裂。為消除鑄造應力所採取的一些工藝措施，對於冷裂紋的防止同樣有效。
①改進鑄件結構，使壁厚均勻，必要時可增設加強筋。
②合理設定澆注系統。避免鑄件線收縮受阻。減少鑄造應力。
③控制鋼水中C、Cr、Mn、P等含量。C、Cr、Mn等會降低鋼的導熱性和塑性，因此，這些元素含量高，冷裂傾向就增大，磷使鋼具有冷脆性。
④鋼液要充分脫氧，否則，在晶粒邊界上聚集較多的FeO、MnO等氧化夾雜物，使鋼變脆。
⑤對特殊合金成分件要改變其冷卻速度，以防止冷裂。
⑥在鑄件清理矯正時，要避免劇烈撞擊。
