高錳鋼鑄件生產過程中常見缺陷分析及相關預防措施探討

邵清華

江蘇華興特鋼鑄造有限公司 江蘇 泰州 225444

前言

各類高錳鋼鑄件，諸如斗齒、襯板、格子等在實際工況下，多由氣縮松脆斷導致破壞。對此，在生產高錳鋼鑄件的過程中，要對常見缺陷進行科學預防和有效消除，促進成品率實現大幅度提高。要嚴格規范鑄造生產涉及的各道工序，并加強對工藝細節的控制，分析常見缺陷的具體原因，并采取有效措施對常見缺陷進行有效預防。

1 高錳鋼鑄件生產過程中常見缺陷原因

（1）氣孔原因。①造型材料：造型材料與高錳鋼鑄件氣孔的產生存在密切關系，例如，加入過量黏土，或者采用不恰當的混砂工藝，一方面會導致型芯砂降低其透氣性，另一方面，缺乏均勻混合的小黏土塊在接觸鋼液時，會形成大量氣體，進入鋼鑄件后即產生氣孔。②型芯干燥：若未能將砂芯、型芯有效烘干，鑄型尚未干透，即對之實施熱型合箱，合型完成后，對鑄型進行過長時間的放置，未能及時進行澆注等，會導致鑄件氣孔的產生[1]。③鑄造工藝及澆注：澆注系統缺乏合理設計，鋼液未能平穩進入鑄型，將氣體卷入其中，導致鑄件形成大量氣孔。以過快速度進行澆注，未能及時排出鑄型中存在的氣體，對鑄件造成侵入，進而產生氣孔。

（2）粘砂原因。在造型過程中，鋼鑄件缺乏足夠的緊實度，砂型具有粗糙的表面，采用質量低劣的涂料等，導致砂礫間存在的空隙中浸入鋼液，鋼鑄件上嵌附有砂礫，產生機械粘砂。鋼中的堿性氧化物MnO含量較多，通常采用硅砂材料制作型芯，型芯中含有SiO2，與MnO 產生化學反應，即生成MnO?SiO2低熔點化合物，進而形成化學粘砂[2]。

（3）裂紋原因。①工藝方面：生產鑄件涉及復雜性較強的過程，對各環節均須嚴格控制。若未能恰當開設澆冒口，將對鑄件凝固的具體方式和凝固順序造成不良影響，甚至會導致鑄件內部對熱應力的誘發，造成鑄件開裂[3]。②化學成分：生產實踐顯示，C元素和P元素超標，會導致對鑄件進行水韌處理時發生碎裂。P元素是鋼中存在的有害元素，容易在奧氏體晶界形成偏聚，造成晶界結合力出現急劇下降，并使晶界發生脆化。當高錳鋼中所含的Mn/C＜8時，對之實施常規水韌處理，過量的殘留碳化物以及網狀碳化物會出現在晶界上，鑄件本身的塑性、韌性以及強度均會出現降低，導致鋼質變脆[4]。③熱處理：高錳鋼ZGMn13-1的熱導率僅是普通碳鋼的其熱膨脹系數則是普通碳鋼的2倍。因此，在對高錳鋼實施水韌處理的過程中，若加熱時為能對鑄件升溫速度進行正確掌握，會造成鑄件出現裂紋。

2 高錳鋼鑄件常見缺陷的相關預防措施

2.1 氣孔預防措施

①對澆注系統進行合理設計，并對具有開放式特點的澆注系統進行采用，即∑F內＞∑F橫＞∑F直，確保鋼液能保持均勻平穩的狀態將鑄型充滿，防止鋼液出現卷氣和氧化。采用∑F內＞∑F橫＞∑F直=1：（1～1.1）：（1～1.4）開放式澆注系統，按照現場澆包注口的具體尺寸對直澆道尺寸進行確定。②對造型材料的發氣量、含水量、透氣性、砂芯烘干程度以及砂型等進行嚴格控制，有效保障型芯形成順暢的通氣，扎出更多氣孔，順利將氣體排出。③出爐的鋼液，需要保持一定時間的鎮靜，促進鋼液所含氣體的良好上浮。

2.2 粘砂預防措施

①對金屬模板進行采用，并結合標準型砂箱造型，有效保障砂型緊實度，并提升其尺寸精度，面砂應對砂粒較細的型砂進行采用，對砂粒間存在的空隙進行有效減少，孔芯對鎂砂磚芯進行采用。②鑄型摒棄對白泥涂料的使用，使用堿性鎂橄欖石粉涂料，并對涂料實際涂刷厚度進行控制，確保涂刷厚度不超過1mm，并避免形成堆積。

2.3 裂紋預防措施

①對鑄造工藝進行設計，要減小預留的加工余量，將加工余量控制在3到5mm范圍內，對較大件的加工余量，要控制在10mm以內。鑄件外形要對負公差進行采用，孔槽要對正公差進行采用，盡量對易割冒口片進行放置，對澆道進行分散放置。②澆注完成后，按照1min/5mm壁厚對時間進行計算，并及時松箱。③對打箱時間進行嚴格控制，禁止在風口處放置鑄件。對鑄件進行搬運，要盡量防止出現碰撞，禁止對鑄件進行澆水，避免激冷應力導致鑄件發生開裂。開箱后，溫度大于400℃的實際情況下，可通過氣割熱切割對易割冒口片進行處理。④鑄件入爐之前，要用錘敲掉毛刺、飛翅和澆冒口系統。若鑄件厚度過大，可通過砂輪機對之進行切割，盡量不用氣割。對氣割進行運用，要確保余量足夠，經過水韌處理后，將保留余量埋入水中實施切割。⑤對水韌加熱速度以及出爐時間進行嚴格控制，將常溫狀態下的鑄件加熱到600℃，在此過程中，碳化物存在于鑄態組織中，鋼具有較低的強度和較大的脆性，且缺乏良好的導熱性，具有較大的線收縮和內應力，因此，要根據鑄件壁厚，并考慮其復雜程度，據此對壁厚進行確定。若鑄件壁厚小于25mm，可確定加熱速度為70℃/h；對于壁厚在25到50mm以內的鑄件，可確定加熱速度為50℃/h；對于壁厚大于75mm的鑄件以及復雜鑄件，可確定加熱速度為30～50℃/h。當加熱溫度超過600℃時，鋼韌性得到提高，減小了開裂危險，可將鑄件相應的加熱速度上升到100～150℃/h，直至固溶溫度。

2.4 晶粒粗大預防措施

①鋼液終脫氧時，可對終脫氧劑A1量進行適當增加，通常可增加至鋼液容量的2%。②對澆注溫度進行合理控制，盡量對低溫澆注工藝進行采用，將澆注溫度控制在1360～1420℃范圍內。