อะไรคือสาเหตุของข้อบกพร่องรอยแตกร้าวของเหล็กหล่อ?

การเกิดขึ้นของข้อบกพร่องการแตกร้าวในชิ้นส่วนเหล็กหล่อเป็นปัญหาที่พบบ่อยและซับซ้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับห่วงโซ่การผลิตทั้งหมดตั้งแต่การถลุง กระบวนการหล่อ ไปจนถึงการบำบัดในภายหลัง การแตกร้าวมีพื้นฐานมาจากความเค้นภายใน (ส่วนใหญ่เป็นความเค้นจากความร้อนและการหดตัว) ที่เกินขีดจำกัดความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมินั้น

โดยปกติรอยแตกจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: รอยแตกร้อนและรอยแตกเย็น

1、 การแตกร้าวด้วยความร้อนจะเกิดขึ้นในช่วงปลายหรือไม่นานหลังจากการแข็งตัวของเหล็กหลอมเหลว เมื่อโลหะอยู่ในสถานะอยู่ร่วมกันระหว่างของแข็งและของเหลวโดยมีความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกต่ำ อุณหภูมิที่เกิด: มักอยู่ใกล้เส้นโซลิดัส (ประมาณ 1300-1450 ° C) ลักษณะเด่น: ส่วนรอยแตกถูกออกซิไดซ์อย่างรุนแรง ปรากฏเป็นสีดำหรือสีน้ำเงิน มีรูปร่างคดเคี้ยวและไม่สม่ำเสมอ

สาเหตุหลัก:

1. การออกแบบโครงสร้างของการหล่อ: ความหนาของผนังที่แตกต่างกันมากเกินไปและการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สม่ำเสมอในการเชื่อมต่อส่งผลให้เกิดการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอและความเครียดจากความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

2. การออกแบบระบบการเทที่ไม่สมเหตุสมผล: ป่วงมีความเข้มข้นมากเกินไปหรืออยู่ในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นซึ่งในที่สุดจะแข็งตัวในบริเวณนั้น

ไม่สามารถรับการบีบอัดและการสนับสนุนได้

3. การถอยกลับของแม่พิมพ์ทราย/แกนไม่ดี: ความแข็งแรงของแม่พิมพ์ทรายสูงเกินไป ซึ่งขัดขวางการหดตัวอย่างอิสระในระหว่างการหล่อแข็งตัวและการหดตัว ส่งผลให้เกิดความเครียดแรงดึงและการแตกร้าว นี่เป็นสาเหตุที่พบบ่อยมาก

4. องค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม: องค์ประกอบที่เป็นอันตรายในปริมาณสูง เช่น ซัลเฟอร์ (S) และฟอสฟอรัส (P): พวกมันก่อให้เกิดซัลไฟด์และฟอสไฟด์ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ก่อตัวเป็นฟิล์มบางของเหลวที่ขอบเขตของเกรน ทำให้แรงยึดเกาะตามขอบเกรนอ่อนลงอย่างมาก และเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งที่นำไปสู่การแตกร้าวจากความร้อน ปริมาณคาร์บอน (C): เมื่อมีปริมาณคาร์บอนสูง ช่วงอุณหภูมิการแข็งตัวจะกว้างขึ้น เดนไดรต์จะหยาบ และมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนเพิ่มขึ้น 5. การใช้ไรเซอร์และเหล็กทำความเย็นอย่างไม่เหมาะสม: หากคอไรเซอร์ยาวหรือสั้นเกินไป และไม่ได้วางเหล็กทำความเย็นอย่างถูกต้อง จะทำให้การระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอรุนแรงขึ้น

2、 การแตกร้าวด้วยความเย็นเกิดขึ้นหลังจากการหล่อแข็งตัวอย่างสมบูรณ์และเย็นลงจนมีสถานะยืดหยุ่น โดยปกติจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิต่ำต่ำกว่า 600 ° C อุณหภูมิที่เกิดขึ้น: อุณหภูมิต่ำกว่า ลักษณะเด่น: ส่วนรอยแตกร้าวสะอาด มีความมันวาวของโลหะหรือมีสีออกซิเดชันเล็กน้อย และรอยแตกค่อนข้างตรงและต่อเนื่องกันเป็นรูปทรงเส้นตรง

สาเหตุหลัก:

1. ความเครียดในการหล่อที่มากเกินไป: ความเครียดจากความร้อน: เกิดจากอัตราการทำความเย็นที่ไม่สอดคล้องกันของส่วนต่างๆ ของการหล่อ ความเครียดจากการหดตัว: อุปสรรคทางกลต่อการหดตัวของการหล่อที่เกิดจากแม่พิมพ์ แกนทราย ระบบสปรู และตัวหยุดกล่อง ความเครียดจากการเปลี่ยนแปลง: ความเครียดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรเฉพาะในระหว่างกระบวนการทำความเย็น เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้าง (เช่น ออสเทนไนต์ที่เปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์)

2. คุณภาพทางโลหะวิทยาของเหล็ก: ปริมาณก๊าซสูง โดยเฉพาะไฮโดรเจน (H) อาจทำให้เกิด "การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน" และลดความเหนียวของวัสดุ มีสารเจือปนที่ไม่ใช่โลหะหลายชนิด: เนื่องจากเป็นจุดที่มีความเข้มข้นของความเค้น สารเจือปนสามารถลดความแข็งแรงและความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุได้อย่างมาก

3. การขัดก่อนเวลาอันควรระหว่างการชกมวย: การหล่อยังไม่เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำเพียงพอ และความเค้นภายในยังไม่ถูกกำจัดทั้งหมดก่อนที่การสั่นสะเทือนและการขัดก่อนเวลาอันควรอาจทำให้เกิดการแตกร้าวด้วยความเย็นได้ง่าย

4. กระบวนการบำบัดความร้อนที่ไม่เหมาะสม: อัตราการให้ความร้อนหรือความเย็นมากเกินไป: โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการอบอ่อนและการบำบัดให้เป็นปกติ หากการให้ความร้อนหรือความเย็นไม่สม่ำเสมอ จะทำให้เกิดความเครียดจากการบำบัดความร้อนอย่างมาก ซึ่งจะทับซ้อนกับความเครียดในการหล่อแบบเดิมและทำให้เกิดการแตกร้าว

การแตกร้าวแบบดับ: นี่เป็นรูปแบบพิเศษของการแตกร้าวเย็น ซึ่งก่อตัวเป็นมาร์เทนไซต์ที่มีความแข็งสูง เนื่องจากอัตราการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วของการดับ มาพร้อมกับความเค้นทางโครงสร้างขนาดใหญ่ ทำให้แตกง่ายมาก

สรุปและแนวทางแก้ไข

เมื่อพบรอยแตกร้าวในชิ้นส่วนเหล็กหล่อ ควรตรวจสอบสาเหตุอย่างเป็นระบบจากประเด็นต่อไปนี้

1. องค์ประกอบทางเคมี: ควบคุมเนื้อหาขององค์ประกอบที่เป็นอันตราย เช่น S และ P อย่างเคร่งครัด

2. กระบวนการถลุง: ใช้วิธีการกลั่นเพื่อลดปริมาณก๊าซและการรวมตัวในเหล็กหลอมเหลว 3. โครงสร้างการหล่อ: ปรับการออกแบบให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังอย่างกะทันหัน และใช้การเปลี่ยนแบบโค้งมน

4. กระบวนการหล่อ: ระบบป่วงและไรเซอร์: ออกแบบมาอย่างเหมาะสมเพื่อให้เกิดการแข็งตัวตามลำดับหรือการแข็งตัวพร้อมกัน หลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น ทรายขึ้นรูป/ทรายแกน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ผลผลิตและการยุบตัวที่เพียงพอ เหล็กเย็นและไรเซอร์: ใช้อย่างเหมาะสมเพื่อควบคุมลำดับการทำความเย็น

5. การกำจัดทรายและทำความสะอาด: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการหล่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำเพียงพอ (เช่น ต่ำกว่า 400 ° C) ในแม่พิมพ์ทรายก่อนชก เมื่อทำการตัดไรเซอร์และซ่อมแซมการเชื่อม จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการสร้างความเครียดใหม่ด้วย

6. กระบวนการบำบัดความร้อน: พัฒนาข้อกำหนดการรักษาความร้อนที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการควบคุมอัตราการทำความร้อนและความเย็น สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนหรือชิ้นส่วนเหล็กโลหะผสมสูง ให้ใช้วิธีทำความร้อนแบบขั้นบันไดและระบายความร้อนแบบช้าๆ

เพื่อระบุสาเหตุเฉพาะอย่างแม่นยำ มักจะจำเป็นต้องรวมการวิเคราะห์ทางสัณฐานวิทยาของรอยแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์และด้วยกล้องจุลทรรศน์ (การตรวจทางโลหะวิทยา) การทบทวนกระบวนการ และการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี เพื่อทำการตัดสินที่ครอบคลุม