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知识篇:浅谈砂型铸钢件的热裂敏感性

Clyne and Davies提出了裂纹敏感性系数tv/tR,该理论假设在应力弛豫期间液相分数fL大约在0.6~0.1,并且易损期fL大约在0.01~0.1,如图1所示。 
 
 
图1 热裂敏感性模型 
 
Camobell将此裂纹敏感性系数与描述热节每个晶界处应变方程结合起来,提出了一种修正的裂纹敏感性系数CSC: 
 
式中,tR为应力弛豫过程(例如液相和浆态移动过程)的时间;tv为裂纹在晶粒之间扩展时的易损时间;L为铸件的长度;α为热膨胀系数;ΔT 为有效结晶温度区间;l 为热节区域长度;A为晶粒尺寸。 
 
很明显,合金成分及其凝固行为决定了热裂的敏感性。缩小热节间的间距l ,细化晶粒尺寸A,对于减少引发晶界开裂的应变都会有帮助。其中热节区域长度l 最为敏感,l  越小,即应力越集中,则热裂越大。 
 
树脂砂型导热性能差,又容易发气,使铸件冷却速度慢,晶粒尺寸A较大,因此容易产生裂纹。 
 
对于薄壁铸钢件,铸件表面散热快,tv/tR比值大,所以裂纹敏感性大。 
 
笔者对风电行星架铸钢材料ZG18NiMoCr3-6在树脂砂中的热裂敏感性进行了计算,如图2所示,曲线①对应薄壁部位,δ=10 mm,tv/tR=0.1;曲线②对应厚壁部位,δ=50 mm,tv/tR=0.03,证明了壁厚越薄,热裂敏感性越大。用该材料浇注热裂环试验结果发现,浇注温度在低于1 552 ℃时,热裂环出现开裂壁厚为27.5 mm,在高于1 565 ℃时,开裂壁厚为35 mm,可见浇注温度提高,热裂倾向增大。 
 
 
图2 ZG18NiMoCr合金不同壁厚的热裂敏感性