I. Causas de tasa de contracción y defectos de grietas en fundiciones de acero
1. Causas de la tasa de contracción
Propiedades físicas de los metales
Expansión y contracción térmica: durante el proceso de solidificación y enfriamiento de las fundiciones de acero, el movimiento térmico entre los átomos se debilita y la distancia entre los átomos se reduce debido a la disminución de la temperatura, lo que resulta en la contracción del volumen del metal.
Transformación de la estructura cristalina: durante el proceso de enfriamiento, la estructura cristalina del acero fundido cambiará. Los volúmenes específicos de diferentes estructuras de cristal son diferentes. Por ejemplo, cuando la austenita se transforma en ferrita y perlita, se acompaña de contracción del volumen.
Influencia del proceso de solidificación
Contracción del líquido: al enfriar desde la temperatura de vertido hasta la temperatura de solidificación, la contracción del volumen del metal líquido debido a la disminución de la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura de vertido, mayor será la contracción líquida.
Contracción de solidificación: durante la etapa de solidificación, el metal líquido se convierte en estado sólido. Dado que la densidad del metal líquido es menor que la del metal sólido, se producirá la contracción del volumen. La tasa de contracción de solidificación está relacionada con la composición química del acero fundido. Por ejemplo, el acero fundido con alto contenido de carbono tiene una tasa de contracción de solidificación relativamente grande.
Estructura y tamaño de fundición
Espesor de la pared: espesas - las fundiciones amuralladas se enfrían lentamente, tardan mucho en solidificarse y son relativamente difíciles de reponer el metal líquido, lo que puede conducir a una gran velocidad de contracción. Además, los defectos como las cavidades de contracción y la porosidad de contracción se forman fácilmente en paredes gruesas, lo que afectan aún más la velocidad de contracción.
Complejidad de la forma: para las fundiciones con formas complejas, la velocidad de contracción cambiará debido a la velocidad de enfriamiento desigual de cada parte y la restricción mutua durante la contracción. Por ejemplo, para piezas fundidas con conexiones amuralladas {{1 1}}} y gruesas, la parte amurallada delgada - se enfría rápidamente y solidifica primero, lo que limita la contracción de la parte gruesa -}} y causa tasa de reducción anormal.
Condiciones del molde
Rigidez: el molde tiene alta rigidez y bajo rendimiento, lo que obstaculizará la contracción de la fundición, causará estrés dentro de la fundición y reducirá la tasa de contracción real. Sin embargo, en este caso, el casting es propenso a defectos como grietas.
Conductividad térmica: el molde tiene una buena conductividad térmica, lo que acelerará la velocidad de enfriamiento de la fundición, lo que hace que la superficie de la fundición se encoja rápidamente y que el interior se encoja lentamente, lo que puede provocar la contracción desigual y afectar la tasa de contracción.
Parámetros del proceso de vertido
Temperatura de vertido: una temperatura de vertido demasiado alta aumentará la sobrecalentamiento del metal líquido, lo que resulta en una mayor contracción líquida, y también aumentará la temperatura del molde, afectando la velocidad de enfriamiento y el proceso de contracción de la fundición.
Velocidad de vertido: si la velocidad de vertido es demasiado rápida, el flujo del metal fundido en el molde será inestable, causando sobrecalentamiento local, afectando el proceso de solidificación y la uniformidad de contracción; Si la velocidad de vertido es demasiado lenta, el metal fundido puede enfriarse demasiado rápido durante el proceso de llenado, que no es propicio para la suplementación de la contracción del metal líquido.
2. La relación causal entre los defectos de la grieta y la contracción en las fundiciones de acero
El estrés por contracción causa grietas
Diferencias de la velocidad de enfriamiento: durante el proceso de enfriamiento de las fundiciones de acero, las diferentes piezas tienen diferentes tasas de enfriamiento debido a factores como el grosor y la forma. La gruesa pared se enfría lentamente, se encoge más tarde y está en estado de tracción; La pared delgada se enfría rápidamente, se solidifica y se encoge primero y produce tensión de tracción en la espesa pared. Cuando esta tensión de tracción excede el límite de resistencia del acero fundido, se producirán grietas.
Estrés de cambio de fase: el acero fundido sufrirá un cambio de fase durante el enfriamiento, como la transformación de austenita a martensita, y el volumen se expandirá. Si las piezas solidificadas circundantes restringen esta expansión, se generará estrés tisular. La superposición del estrés tisular y el estrés por contracción aumenta la posibilidad de grietas.
La obstrucción de contracción causa grietas
Obstrucción de moho y núcleo: si el moho y el núcleo tienen una alta rigidez y un bajo rendimiento, obstaculizará la contracción de la fundición de acero. Por ejemplo, cuando se usa un molde de metal para la fundición, el molde de metal tiene alta rigidez, y la fundición está sujeta a una gran resistencia cuando se reduce, lo cual es fácil de causar la concentración de estrés dentro de la fundición. Cuando el estrés excede la resistencia del material, aparecerán grietas.
Diseño de estructura de fundición irrazonable: si hay cambios repentinos en el grosor de la pared y los ángulos afilados en la estructura de fundición, la contracción será desigual. En estas partes, el estrés generado por la contracción no se puede liberar suavemente y es fácil de concentrar, lo que resulta en grietas.
Los defectos de los poros de contracción causan grietas
Cavidades de contracción y porosidad de contracción: durante el proceso de solidificación y contracción de las fundiciones de acero, si el metal líquido no se suplementa lo suficientemente suplementado, se forman cavidades de contracción y porosidad de contracción. Estos defectos de los poros debilitarán el área de rodamiento efectiva de la fundición y aumentarán el estrés local. En el proceso de enfriamiento o uso posterior, el estrés se concentra alrededor de los poros, lo cual es fácil de causar grietas y expandirse.
2. ¿Cómo reducir la contracción de las fundiciones de acero?
Optimizar la composición química
Ajuste el contenido de carbono. Con la premisa de cumplir con el rendimiento del casting, aumente adecuadamente el contenido de carbono y use la expansión de la grafitización para compensar la contracción.
Aumente razonablemente el contenido de silicio para mejorar la fluidez del acero fundido, que es propicio para la compensación de contracción durante la solidificación y reduce la contracción.
Controlar el proceso de vertido
Controle estrictamente la temperatura de vertido. Con la premisa de garantizar la fluidez del acero fundido, intente reducir la temperatura de vertido y reducir la contracción del líquido.
Optimice la velocidad de vertido y use una velocidad de vertido adecuada para garantizar que el acero fundido llene el molde suavemente, evitando el atrapamiento de gas y causando sobrecalentamiento local.
Mejorar el diseño estructural de piezas fundidas
Trate de hacer el grosor de la pared del uniforme de fundición durante el diseño, evite cambios repentinos en el grosor de la pared y reduzca la diferencia de contracción causada por el enfriamiento desigual.
Establezca elevadores razonables en las partes gruesas y grandes de la fundición para proporcionar suficiente metal líquido para complementar la contracción.
Seleccionar materiales y procesos de fundición adecuados
Seleccione los materiales de fundición con buen rendimiento, como la arena de resina, para reducir la obstrucción de la fundición a la contracción de la fundición.
Precaliente el molde para reducir la diferencia de temperatura entre la fundición y el molde, haga que el proceso de enfriamiento sea uniforme y reduzca el estrés por contracción.
Fortalecer el control del proceso de solidificación
Use métodos de enfriamiento apropiados, como colocar hierro frío en el molde para acelerar la velocidad de enfriamiento local de la fundición, lograr solidificación secuencial y promover la compensación de contracción del metal líquido.
Vibrar o revolver apropiadamente la fundición para romper las dendritas en el metal fundido al comienzo de la solidificación, aumentar la fluidez del metal líquido y facilitar la compensación de contracción.
