Wat zijn de oorzaken van scheurdefecten in gietstaal?

Het optreden van scheurdefecten in gietstalen onderdelen is een veel voorkomend en complex probleem, waarbij de gehele productieketen betrokken is, van het smelten, het gietproces tot de daaropvolgende behandeling. Scheuren worden in principe veroorzaakt door interne spanningen (voornamelijk thermische spanningen en krimpspanningen) die de sterktelimiet van het materiaal bij die temperatuur overschrijden.

Meestal worden scheuren in twee categorieën verdeeld: hete scheuren en koude scheuren.

1. Heetscheuren vindt plaats in het late stadium of kort na het stollen van gesmolten staal, wanneer het metaal zich in een vast-vloeistof-coëxistentietoestand bevindt met lage sterkte en plasticiteit. Temperatuur van optreden: meestal nabij de soliduslijn (rond 1300-1450 ° C). Kenmerken: Het scheurgedeelte is ernstig geoxideerd en ziet er zwart of blauw uit, met een kronkelige en onregelmatige vorm.

belangrijkste oorzaak:

1. Structureel ontwerp van gietstukken: Grote verschillen in wanddikte en ongelijkmatige overgangen bij verbindingen resulteren in ongelijkmatige koeling en aanzienlijke thermische spanningen.

2. Onredelijk ontwerp van het gietsysteem: De aanspuiting is te geconcentreerd of verkeerd gepositioneerd, waardoor plaatselijke oververhitting ontstaat, die uiteindelijk daar stolt

Kan geen compressie en ondersteuning ontvangen.

3. Slechte terugtrekking van zandvorm/kern: De sterkte van de zandvorm is te hoog, wat de vrije krimp tijdens het stollen en krimpen van het gieten belemmert, wat resulteert in trekspanning en scheuren. Dit is een veel voorkomende reden.

4. Chemische samenstelling van de legering: Hoog gehalte aan schadelijke elementen zoals zwavel (S) en fosfor (P): Ze vormen sulfiden en fosfiden met een laag smeltpunt, vormen vloeibare dunne films op de korrelgrenzen, waardoor de intergranulaire bindingskracht aanzienlijk wordt verzwakt, en zijn uiterst belangrijke factoren die leiden tot thermisch kraken. Koolstof (C)-gehalte: Bij een hoog koolstofgehalte wordt het stollingstemperatuurbereik groter, worden de dendrieten grof en is er een verhoogde neiging tot thermisch kraken. 5. Onjuist gebruik van de stijgbuis en het koelijzer: Als de stijgbuishals te lang of te kort is en het koelijzer niet goed is geplaatst, zal dit de ongelijkmatige koeling verergeren.

2. Koudscheuren treden op nadat het gietstuk volledig is gestold en afgekoeld tot een elastische toestand, meestal in het lage temperatuurstadium onder 600 ° C. Voorvalstemperatuur: lagere temperatuur. Kenmerken: Het scheurgedeelte is schoon, met metaalglans of lichte oxidatiekleur, en de scheur is relatief recht en continu in een rechte lijnvorm.

belangrijkste oorzaak:

1. Overmatige gietspanning: Thermische spanning: veroorzaakt door inconsistente koelsnelheden van verschillende delen van het gietstuk. Krimpspanning: Mechanische obstakels voor gietkrimp veroorzaakt door mallen, zandkernen, aanspuitsystemen en boxstops. Transformatiestress: De spanning die wordt gegenereerd door de verandering in specifiek volume tijdens het afkoelingsproces wanneer er een structurele transformatie plaatsvindt (zoals de transformatie van austeniet naar martensiet).

2. Metallurgische kwaliteit van staal: Een hoog gasgehalte, vooral waterstof (H), kan "door waterstof veroorzaakte scheurvorming" veroorzaken en de taaiheid van het materiaal verminderen. Er zijn veel niet-metalen insluitsels: als spanningsconcentratiepunten kunnen insluitsels de sterkte en scheurweerstand van materialen aanzienlijk verminderen.

3. Voortijdig schuren tijdens het boksen: het gietstuk is nog niet afgekoeld tot een voldoende lage temperatuur en de interne spanning is nog niet volledig geëlimineerd voordat voortijdige trillingen en schuren gemakkelijk koudescheuren kunnen veroorzaken.

4. Onjuist warmtebehandelingsproces: overmatige verwarmings- of afkoelsnelheid: vooral tijdens de gloei- en normalisatiebehandeling, als de verwarming of koeling ongelijkmatig is, zal dit een enorme warmtebehandelingsspanning genereren, die bovenop de oorspronkelijke gietspanning komt en scheuren veroorzaakt.

Afschrikscheur: Dit is een speciale vorm van koudscheuren, waarbij martensiet met een hoge hardheid ontstaat vanwege de snelle afkoelsnelheid van het afschrikken, vergezeld van enorme structurele spanningen, waardoor het zeer gemakkelijk te kraken is.

Samenvatting en oplossingsideeën

Wanneer scheuren worden aangetroffen in gietstalen onderdelen, moeten de redenen systematisch worden onderzocht op basis van de volgende aspecten:

1. Chemische samenstelling: Controleer strikt het gehalte aan schadelijke elementen zoals S en P.

2. Smeltproces: Er worden raffinagemethoden gebruikt om het gehalte aan gassen en insluitsels in het gesmolten staal te verminderen. 3. Gietstructuur: Optimaliseer het ontwerp om plotselinge veranderingen in wanddikte te voorkomen en gebruik afgeronde overgangen.

4. Gietproces: aanspuit- en stijgbuissysteem: redelijk ontworpen om opeenvolgende stolling of gelijktijdige stolling te bereiken, waarbij lokale oververhitting wordt vermeden. Vormzand/kernzand: Zorg voor voldoende opbrengst en inklapbaarheid. Koudijzer en stijgbuis: correct gebruik om de koelvolgorde te regelen.

5. Zand verwijderen en reinigen: Zorg ervoor dat de gietstukken vóór het boksen in de zandvorm worden afgekoeld tot een voldoende lage temperatuur (bijvoorbeeld onder 400 ° C). Bij het snijden van stijgleidingen en lasreparaties moet ook worden vermeden dat er nieuwe spanningen ontstaan.

6. Warmtebehandelingsproces: ontwikkel redelijke specificaties voor warmtebehandeling, controleer vooral de verwarmings- en koelsnelheden. Voor complexe onderdelen of onderdelen van hooggelegeerd staal dient u een stapsgewijze verwarmings- en langzame afkoelingsmethode toe te passen.

Om de specifieke oorzaak nauwkeurig vast te stellen, is het vaak nodig om macroscopische en microscopische morfologieanalyse van scheuren (metallografisch onderzoek), procesevaluatie en analyse van de chemische samenstelling te combineren om een ​​alomvattend oordeel te kunnen vormen.