高铬铸铁衬板裂纹原因分析.docx
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高铬铸铁衬板裂纹原因分析
第29卷第6期
2008年12月
热处理技术与装备
RECH砌JISHU
YUZHUANGBEI
Vd.29.No.6
Dec.,2008
・现场经验・
高铬铸铁衬板裂纹原因分析
李振球1,付向上1,杨乘东2,程翔1
(1.江铜集团德兴铸造有限公司,德兴江西334224;2.昆明理工大学材料学院,云南昆明650021)摘要:
分析高铬铸铁的大型立磨机衬板热处理过程中产生裂纹的原因,结果表明:
预埋铁设计放置
位置欠佳,造成产品的铸造残余应力过大。
以至于在热处理加热时的临时热应力与铸造残余应力叠
加,而使预埋铁的近区产生裂纹。
关键词:
裂纹;铸造残余应力;临时热应力;预埋铁中图分类号:
TGl63文献标识码:
A
文章编号:
1673-4971(2008)06—0061-02
TheAnalysisofReasonsFormedCracklesinthe・・Underboardingof
IIigh
CrCastIron
LI
Zheng—qiul,Fu
Xing—shan91,YANG
Cheng-don矿,CHENG
Xiang
(1.DebugCastingCo.Ltd.,JiangxiCopper
Corporation,Sexing
JiaII鲥334224,China;
2.ConegeofMaterials,KunmingUniversityofScienceandTechnoloffl,KunmingYunnan650021,China)
Abstract:
Thispaperanalysisedthe
r,BR,.qon8
formedcrackl伪intheunderboardingthatlnadeofhi曲Cr
castiron
on婚scale
verticalmillduringtheheattreatment.TheresultshowsthattheCastresidualstress
growsexcessiveduetothere,&sonlesspositionof
embedded
iron,SOastosuperposethetemporarythermal
stress
andcastresidual
st煳,whilethe
heatinginheattreatment,whichresultsinthecrackl伪to
appem七
ne.Altr
tlleembeddediron.
Keywords:
crackle;castresidual
stress;temporarythermalstress;embedded
iron
我公司为一厂商生产的立磨机衬板,有十几个型号品种,上百吨产品,仅型号为1-52一AIOI的三件产品,经热处理后发现裂纹。
该型号产品是高铬铸铁材质,成分(质量分数,%)C
2.45—2.75、MnI.1
一1.4、Cr19—21、M00.7一O.9、Si0.3—0.6、Ni0.8
一1.0、S<0.06、P<0.06单重1268ks一次连续生产了40件。
出厂前每件都经严格的着色探伤检验,化学成份均符合厂商的要求。
经过打磨发现铸件表面出现清晰的细小裂纹,如图1中A和B以及图2中C位置所示,均可以看到细小清晰的裂纹。
而这类裂纹仅在此面上出现。
由
于高铬铸铁的凝固温度范围比较宽…,而且其有效
凝固温度范围也宽,铸件凝固时固相线收缩开始得
早,固相晶粒骨架随着降温而发生的线收缩值就大,
图1铸件裂纹
Fig.1The
casting
emekle
收稿暑期"-2008--05一05
作者简介:
李振球(1971一),男,机械工程师,主要从事铸造产品的质量、销售及经营管理的工作。
联系电话:
0793-7700163;E—mail:
1.。
qTlll25@163.coin
万方数据
・62・
热处理技术与装备第29卷
一旦线收缩受阻,就会产生很大的拉应力。
而宽凝固温度范围的合金,由于其凝固区域宽,晶粒问液相,渗流流动路程长而曲折,难以填补固相结晶产生的空隙(热裂缝),其治愈热裂的能力很差,故该类合金铸件容易产生热裂(包括内热裂和外热裂)。
内热裂主要产生在厚实铸件最后凝固的中心部位,或产生于补缩不良的缩孔的尾部,延伸人铸件中…。
为防止产生上述裂纹,在设计冒口直径和高度时
依照:
冒El直径D≥1.1T(T为铸件壁厚)、冒口高度H>2.0D(D为冒口根部直径)设计,冒口起到很好的补缩效果,这也在很大程度上抑制内热裂的产生。
图2铸件裂纹
Fig.2Theeaatin¥crackle
对于已经设计好的铸造工艺,我们运用华铸CAE/InteCAST一铸造工艺分析软件对产品的铸造工艺,进行了凝固过程的模拟分析,模拟分析结果显示(如图3),靠近上表面的心部位置为最后凝固的部位,而衬板中的裂纹出现在下表面。
所以可以初步确定图l中A、B两处的裂纹和图2中C处的裂纹不是由铸件内部存在的内热裂扩散形成的。
高铬铸铁衬板的铸件成品,在清砂及其后的打磨过程中,如操作不当也可能会产生裂纹。
精整打磨的过程中,由于高铬铸铁导热性差…,如果在同一
个地方打磨的时间过长,会使局部温度升得过快、过
高而产生磨削裂纹,我们打磨时都是两块产品交叉磨,在磨削面上也是各点交叉磨,而且根据气温的高低确定打磨速度,气温越低打磨速度越慢,对一件产
品做到人停,机不停地磨,有效避免磨削裂纹的出
现。
并对每一件产品进行着色探伤,从没发现过该处有裂纹。
所以热处理前铸件外热裂也不存。
浇注时冒口及浇注位置如图3所示,铸件在冷
却过程中,下表面受到残余热拉应力的作用,上表面
则是残余热压应力,衬板结构属于柔性结构,在铸造应力的作用下,可以通过部分变形来松弛铸造应力。
铸件下表面的前后和左右两组弧线的弧度不一样,
图3凝固模拟示意图
Fig.3Sketch
map
0f
cone枷ng
simulation
左右两边的弧度大于前后的弧度,弧度越大,承受变形的能力越弱,所以左右两边能够承受变形的能力弱于前后两边,在相同的应力条件下,左右出现裂纹的几率较大。
从图2可以看到,在铸件一侧离下表面弧线比较近的地方,放置了一个便于切削加工的低碳钢的“预埋铁”,这个“预埋铁”,如同”内冷铁”对过热铁水起激冷作用,在它的周围首先形成了一层细密的过冷组织。
它的存在不但会产生一定的组
织应力,还割裂了材料承受应力的整体性,使有效承
受变形的区域减小,使得应力更加集中(主要集中于预埋铁正下方两边的区域以及图1中裂纹B附近区域),所以在”预埋铁”的一侧更容易出现裂纹。
图4合理的预埋铁位置
f%.4lte拈∞ablep∞itionofembeddediron
如图4所示,相同材质类型的另一种衬板(型号1-5一A81,重748kg)由于其加工螺纹孔的”预埋铁”
设计在该面的相对中心的位置,没出现过裂纹。
在图l、图2的衬板中,裂纹都只出现在有”预埋
铁1’的一侧,一旦裂纹形成,便往圆孔处扩展,图2中
C所指的裂纹就是往”预埋铁”处扩散。
而对于圆孔正下方的区域,由于”预埋铁”与下表面之间的距离比较远,凝固过程中这部分不会产生很大的应力,产
生裂纹的可能性很小。
”预埋铁”上表面即裂纹B附
近区域,由于圆孔半径小,弧度大,是应力集中的主要部位,受到很强拉应力的作用,很可能形成裂纹源并向铸件中心扩散,图1中裂纹B的源头就是”预埋铁”的圆弧处。
(下转第65页)
万方数据
第6期郑益等:
KR6680水溶性淬火介质在大型曲轴调质处理中的应用
・65・
现微裂纹和开裂的倾向。
2.3试验数据及结果
按上述方案进行工艺试验,生产了两根曲轴,试
验数据见下表1。
各项试验数据满足技术要求,以前在调质过程中出现的掉角现象没有了,对曲轴进行磁粉探伤,没有出现微裂纹,试验结果达到了预期的效果。
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髓
赠
时间/Il“)淬火工艺曲线
表1曲轴调质后力学性能数据
Table
l
Mechanicalp阳pe柑髑*dk-r
qu∞ehngand
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魁赠
时间,h(b)回火工艺曲线
图4曲轴调质工艺曲线
Fig.1
Qllenchingandtempering
mIrve0fenmk8haft
3结论
使用KR6680淬火液对曲轴进行淬火,能够满足曲轴的各项技术要求,相对于以前的双液淬火,降低了工人的操作难度,提高了产品的质量和热处理稳定性,解决了以前长期困扰公司多年的生产瓶颈,达
到了预期的试验效果。
该公司目前已稳定生产半年
多,没有在调质过程中出现问题,由于淬火介质消耗
量很小,产品质量稳定,得到了客户的高度赞扬。
参
考
文
献
[1]
KR6680产品说明书,南京科润工业介质有限公司.
[2]热处理手册(2)[M].机械工业出版社,2001.[3]杨淑范.淬火介质[1tf].1990.
—止—衄—“.‘‘L.‘t—4..¨—事L_|lLJlL.‘IL—止—啦—止J.LJ-LjIL—.L—止—吐—啦—舢—¨—U—事LJL●1.I‘止—“—啦—“.|^L—.L—乩—¨—“—舢—●L.|止—扯—址—止—业—‘‘L.1止一‘IL
(上接第62页)
高铬铸铁衬板在热处理前未发现裂纹,那是因
为最大残余热应力未超过高铬铸铁的抗拉强度曲,
才没有产生裂源。
但是在上述部位仍然存在着很强的残余热应力。
在热处理时应该充分考虑,升温时要着重防止残余热应力的影响,铸件的升温要缓慢,加热到一定的温度要保温一段时间,要使得铸件表面各点的温度均匀,产品的表面与心部温差很小,达到以塑性变形为主的状态,通过塑性变形或蠕变变形使残余应力松弛而消除或显著减小铸件残余应力L3J。
铸件在进行热处理的过程中,除了热处理的工艺设计需要合理外,铸件在热处理炉中的码放也很重要的。
如果装炉时,铸件的码放使得铸件之间无足够的加热空间,会使铸件局部升温过快产生新的热应力。
如果码放得不好,加热升温速度又过快,就会由于高铬铸铁导热性差,铸件的表面和心部升温的速度快慢不同,造成线膨胀速率高低不等,产生很大的临时热应力。
若此时的临时热应力和原有的残
余应力因为方向相同而相互叠加,应力值超过高铬
铸铁的抗拉强度叮。
,就会产生热处理裂纹。
因此,铸件在热处理之前的去应力退火,在热处理过程中装炉时保证有足够的加热空间,以及合适的加热升温速度(必要时当温度升到一定值之后应
保温一段时间,使铸件表面和心部温度相同后再继
续升温),这三个方面如果处理得不好,会在热处理的过程中出现裂纹。
综上所述产生裂纹的原因是:
由于加热过程的临时热应力与因产品结构因素造成的铸造应力叠加产生的。
参
考文
献
[1]郝石坚.高铬耐磨铸铁.北京:
煤炭工业出版社,1993:
18—37.
[2]陈国桢,肖柯则,姜不居.铸件缺陷和对策手册.北京:
机械工业出版社,1996:
174-216.
[3]崔忠圻.金属学与热处理.北京:
机械工业出版社,
2000:
290—295.
万方数据
高铬铸铁衬板裂纹原因分析
作者:
李振球,付向上,杨乘东,程翔,LIZheng-qiu,FUXing-shang,YANGCheng-dong,CHENGXiang
作者单位:
李振球,付向上,程翔,LIZheng-qiu,FUXing-shang,CHENGXiang(江铜集团德兴铸造有限公司,德兴,江西,334224,杨乘东,YANGCheng-dong(昆明理工大学材料学院,云南,昆明,650021
刊名:
热处理技术与装备
英文刊名:
HEATTREATMENTTECHNOLOGYANDEQUIPMENT年,卷(期:
2008,29(6
参考文献(3条
1.崔忠圻金属学与热处理2000
2.陈国桢;肖柯则;姜不居铸件缺陷和对策手册19963.郝石坚高铬耐磨铸铁1993
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- 铸铁 裂纹 原因 分析