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知识篇：浅析铸钢件热裂纹成因

根据坎贝尔提出的理论，大多数铸钢件热裂的萌生来自于卷入的双层膜，这对我们分析裂纹问题拓展了思路。

铸件在充型过程中，常常发生液面飞溅或波动，因此，氧化膜的卷入现象是不可避免的。但卷入并不只是由于破裂波的强烈运动引起的，在液体自由表面收缩时也容易发生，当液体表面收缩时，氧化物自身面积并不能收缩，因此，使得多余面积发生折叠，卷入到金属液内部，如图1所示。卷入的氧化膜总是双层的，所以称为双层膜。双层膜往往裹夹着砂子、氧化渣、气孔等夹杂物。

图1 由液体收缩引起的表面双层膜卷入现象

一般认为热裂的产生是液态金属的凝固收缩和收缩受阻而导致，与铸造合金本身的性质、铸型性质、铸件结构有关。以T型热节为例，如图2所示，根据坎贝尔双层膜理论，推出热裂产生的机制：

（1）钢液浇入铸型充满型腔，由于流动湍流和钢液收缩引起的氧化膜折叠和卷入，钢液内尤其在上表面嵌入双层氧化膜；

（2）铸型表面与金属液在高温下发生作用，产生的气体或夹杂被氧化膜裹携向钢液表层渗入，形成界面层，对于树脂砂铸型，其硬化剂分解出来的硫化物渗入到钢液中，并滞留在距铸件表层1.5~2.0 mm激冷细晶体处；

（3）伴随凝固过程枝晶骨架的收缩产生微小变形，受到型芯的阻碍而产生应力，当产生的应力大于金属材料在当时温度下的断裂强度时，则金属首先在包含夹杂物的双层膜密集的地方被拉开，形成细小的“Z”形“微裂纹”；

（4）转角处滞后于其他部分凝固，凝固表壳成长较慢，特别是树脂砂型含有相当于Ⅱ型硫化锰的低熔点相，更加剧了圆角处的滞后凝固，铸件整体形状上的微小变形所产生的应力集中在圆角处，导致微裂纹扩展, 形成较深的甚至开口的“Y”形“拉裂纹”；另外，“T”形热节底部在较大拉应力的作用下，表面微裂纹不断向内延伸，如果最后得不到钢液补缩，将形成开口的“X”形“缩裂纹”。