Jakie są przyczyny pęknięć staliwa?

Występowanie defektów pęknięć w odlewach stalowych jest problemem bardzo powszechnym i złożonym, obejmującym cały łańcuch produkcyjny od wytapiania, procesu odlewania, aż do późniejszej obróbki. Pęknięcia są zasadniczo spowodowane naprężeniami wewnętrznymi (głównie naprężeniami termicznymi i skurczowymi) przekraczającymi granicę wytrzymałości materiału w tej temperaturze.

Zwykle pęknięcia dzieli się na dwie kategorie: pęknięcia gorące i pęknięcia zimne.

1. Pękanie na gorąco występuje w późnym etapie lub wkrótce po zestaleniu roztopionej stali, gdy metal znajduje się w stanie współistnienia ciała stałego i cieczy o niskiej wytrzymałości i plastyczności. Temperatura występowania: zwykle w pobliżu linii solidusu (ok. 1300-1450°C). Cechy: Sekcja pęknięcia jest silnie utleniona, wygląda na czarną lub niebieską, ma kręty i nieregularny kształt.

główna przyczyna:

1. Projektowanie konstrukcyjne odlewów: Nadmierne różnice w grubości ścianek i nierówne przejścia na połączeniach powodują nierównomierne chłodzenie i znaczne naprężenia termiczne.

2. Nierozsądny projekt systemu nalewania: Wlew jest zbyt skoncentrowany lub niewłaściwie umiejscowiony, co powoduje lokalne przegrzanie, które ostatecznie zastyga w tym obszarze

Nie można uzyskać kompresji ani wsparcia.

3. Słabe cofanie się formy piaskowej/rdzenia: Wytrzymałość formy piaskowej jest zbyt duża, co utrudnia jej swobodny skurcz podczas krzepnięcia i skurczu odlewu, co powoduje naprężenia rozciągające i pękanie. Jest to bardzo częsty powód.

4. Skład chemiczny stopu: Wysoka zawartość szkodliwych pierwiastków, takich jak siarka (S) i fosfor (P): Tworzą one siarczki i fosforki o niskiej temperaturze topnienia, tworząc cienkie cienkie warstwy cieczy na granicach ziaren, znacznie osłabiając siłę wiązania międzykrystalicznego i są niezwykle ważnymi czynnikami prowadzącymi do pękania termicznego. Zawartość węgla (C): Przy wysokiej zawartości węgla zakres temperatur krzepnięcia staje się szerszy, dendryty stają się szorstkie i występuje zwiększona tendencja do pękania termicznego. 5. Niewłaściwe użycie pionu i żelazka chłodzącego: Jeśli szyjka pionu jest za długa lub za krótka, a żelazko chłodzące nie jest prawidłowo umieszczone, pogorszy to nierównomierne chłodzenie.

2. Pękanie na zimno następuje po całkowitym zestaleniu i ochłodzeniu odlewu do stanu elastycznego, zwykle w fazie niskotemperaturowej poniżej 600°C. Temperatura występowania: niższa temperatura. Cechy: Sekcja pęknięcia jest czysta, ma metaliczny połysk lub lekki kolor utlenienia, a pęknięcie jest stosunkowo proste i ciągłe w kształcie linii prostej.

główna przyczyna:

1. Nadmierne naprężenia odlewu: Naprężenia termiczne: spowodowane nierównymi szybkościami chłodzenia różnych części odlewu. Naprężenie skurczowe: mechaniczne przeszkody w skurczu odlewu spowodowane przez formy, rdzenie piaskowe, systemy wlewów i ograniczniki skrzynek. Naprężenie transformacyjne: Naprężenie powstające w wyniku zmiany objętości właściwej podczas procesu chłodzenia, gdy następuje przemiana strukturalna (taka jak austenit przekształcający się w martenzyt).

2. Metalurgiczna jakość stali: Wysoka zawartość gazów, zwłaszcza wodoru (H), może powodować „pękanie wywołane wodorem” i zmniejszać wytrzymałość materiału. Występuje wiele wtrąceń niemetalicznych: jako punkty koncentracji naprężeń, wtrącenia mogą znacznie zmniejszyć wytrzymałość i odporność materiałów na pękanie.

3. Przedwczesne szlifowanie podczas boksowania: Odlew nie jest jeszcze schłodzony do wystarczająco niskiej temperatury, a naprężenia wewnętrzne nie są całkowicie wyeliminowane, zanim przedwczesne wibracje i szlifowanie mogą łatwo spowodować pękanie na zimno.

4. Niewłaściwy proces obróbki cieplnej: Nadmierna szybkość nagrzewania lub chłodzenia: Szczególnie podczas wyżarzania i obróbki normalizującej, jeśli ogrzewanie lub chłodzenie jest nierówne, spowoduje to ogromne naprężenia podczas obróbki cieplnej, które nałożą się na pierwotne naprężenia odlewnicze i spowodują pękanie.

Pęknięcie hartownicze: Jest to specjalna forma krakingu na zimno, w wyniku której tworzy się martenzyt o wysokiej twardości ze względu na dużą szybkość chłodzenia podczas hartowania, czemu towarzyszą ogromne naprężenia strukturalne, co sprawia, że ​​pękanie jest bardzo łatwe.

Podsumowanie i pomysły na rozwiązania

W przypadku stwierdzenia pęknięć w częściach ze staliwa należy systematycznie badać przyczyny, biorąc pod uwagę następujące aspekty:

1. Skład chemiczny: Ściśle kontroluj zawartość szkodliwych pierwiastków, takich jak S i P.

2. Proces wytapiania: Metody rafinacji stosowane są w celu zmniejszenia zawartości gazów i wtrąceń w roztopionej stali. 3. Konstrukcja odlewu: Zoptymalizuj projekt, aby uniknąć nagłych zmian grubości ścianki i zastosuj zaokrąglone przejścia.

4. Proces odlewania: system wlewu i rury pionowej: Rozsądnie zaprojektowany, aby osiągnąć krzepnięcie sekwencyjne lub jednoczesne krzepnięcie, unikając miejscowego przegrzania. Piasek formierski/piasek rdzeniowy: Zapewnić wystarczającą plastyczność i zapadalność. Zimne żelazo i pion: Prawidłowe użycie w celu kontrolowania sekwencji chłodzenia.

5. Usuwanie piasku i czyszczenie: Przed pakowaniem należy upewnić się, że odlewy zostały schłodzone do wystarczająco niskiej temperatury (np. poniżej 400°C) w formie piaskowej. Podczas cięcia nadlewów i napraw spawalniczych należy również unikać wytwarzania nowych naprężeń.

6. Proces obróbki cieplnej: Opracuj rozsądne specyfikacje obróbki cieplnej, w szczególności kontroluj szybkości ogrzewania i chłodzenia. W przypadku skomplikowanych części lub części ze stali wysokostopowej należy zastosować metodę stopniowego ogrzewania i powolnego chłodzenia.

Aby dokładnie określić konkretną przyczynę, często konieczne jest połączenie makroskopowej i mikroskopowej analizy morfologii pęknięć (badanie metalograficzne), przeglądu procesu i analizy składu chemicznego w celu uzyskania kompleksowej oceny.