[科普中國]-冷裂

介紹

容易發(fā)現(xiàn)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。由于鑄件冷卻不均勻，所形成的鑄造應力大于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，金屬斷面干凈，有時呈現(xiàn)輕微的氧化 。冷裂常出現(xiàn)在鑄件的表面，有時會貫穿整個鑄件。

合金鋼比碳鋼容易產(chǎn)生冷裂；高碳鋼比低碳鋼容易產(chǎn)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(nèi)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。1

冷裂紋的特征冷裂紋外形呈連續(xù)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）。形狀復雜的大型鑄件容易產(chǎn)生冷裂，有些冷裂紋在打箱清理后即能發(fā)現(xiàn)，有些在水爆清砂后發(fā)現(xiàn)，有些則是因鑄件內(nèi)部有很大的殘余應力，在清理和搬運時受到震擊形成的。

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，并對輪轂施加壓力，使輪轂產(chǎn)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(chǎn)生拉應力，形成冷裂。

冷裂的形成原因冷裂是由于鑄件中應力超出合金的強度極限而產(chǎn)生的。冷裂往往出現(xiàn)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(zhì)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(zhì)量分數(shù)大于0．1%時，其沖擊韌性急劇下降，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，會降低鋼的沖擊韌性和強度，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。如低碳鎳鉻耐酸不銹鋼和高錳鋼都是奧氏體鋼，且都容易產(chǎn)生很大的熱應力，但是鎳鉻耐酸鋼不易產(chǎn)生冷裂，而高錳鋼卻極易產(chǎn)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(fā)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。2

防止冷裂紋的措施鑄件產(chǎn)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(chǎn)生鑄造應力的方法都可用于防止鑄件產(chǎn)生變形和冷裂。為消除鑄造應力所采取的一些工藝措施，對于冷裂紋的防止同樣有效。

①改進鑄件結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻，必要時可增設加強筋。

②合理設置澆注系統(tǒng)。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。