“热裂”两个字,几乎是所有铸钢车间的噩梦:裂纹总在最后清理时突然现身,补焊、返工、报废,周而复始。其实,只要把思路从“修补”换成“溯源”,就能用 3 个简单步骤把根因揪出来。
第一步:把“裂纹语言”翻译成数据
热裂不会说谎,它把合金凝固时的应力、补缩和排气信息都刻在断口上。先用 10 倍放大镜看裂纹形貌:
• 呈曲折网状 → 凝固末期收缩受阻;
• 沿晶界笔直 → 硫、磷富集导致晶界脆化;
• 表面发蓝 → 高温氧化,裂纹在 800 ℃以上就已存在。
接着做一次“低成本 CT”——工业内窥镜配合 0.1 mm 分辨率的三维扫描,把裂纹空间坐标导入 CAD。裂纹 3D 模型一旦生成,就能反向锁定它在铸件中的“出生时间”和“成长路径”。
第二步:用 30 分钟跑完热平衡计算
很多人以为模拟软件是“学霸专属”,其实只要有温度-时间曲线就能算。把第一步得到的裂纹起始坐标输入 AnyCasting 或 ProCAST,跑一次“瞬态-热-应力”耦合:
• 若裂纹出现在最后凝固的 5 % 区域,且拉应力 > 1.5 MPa,就是补缩不足;
• 若裂纹出现在冒口根部,应力峰值提前到 1 400 ℃,则是冒口颈过强,把铸件“拉住”了;
• 若裂纹在型芯附近,型芯膨胀系数过大,热压应力瞬间释放,也会导致开裂。
30 分钟后,软件会给出“危险时间窗口”——通常是凝固后 5~30 秒。把这段窗口和现场浇注记录对比,就能判断是浇注温度、模具温度还是冷却强度出了岔子。
第三步:做 2 个试样,验证并固化工艺
找到嫌疑点后,不要急着改大工艺,而是先做“定向验证”。
• 若怀疑碳当量高,就熔两炉钢:一炉保持原成分,一炉把 CE 下调 0.03 %,其余参数不变。
• 若怀疑型砂退让性差,就打印两批 3D 砂芯:一批树脂 1.4 %,一批降到 1.1 %,同时在裂纹敏感区加 0.3 mm 石棉绳。
两炉试样冷却后,用第一步的方法再扫一次裂纹。只要裂纹长度下降 50 % 以上,就证明找对了根因。随后把参数写入工艺卡,并设置“红黄绿”预警值:当 CE≥0.52、型砂热膨胀≥1.2 %、冒口模数≤1.1 时,系统自动提示检查。
从此,热裂不再反复,而是“一次解决,长期预防”。
结语
热裂不是玄学,而是可以用数据说话的物理过程。把裂纹当线索,把模拟当翻译,把试样当法官,三个步骤就能让铸造车间从“救火”变成“防火”。下次再听到“又裂了”,不妨先问一句:数据准备好了吗?
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