Трещины

Как устранить трещины и холодные швы в изделиях, полученных методом литья по выплавляемым моделям
В этом руководстве представлен комплексный пошаговый подход - от анализа первопричины до контроля процесса и инспекции - к устранению трещин и холодных зазоров при точном литье.

I. Идентификация и дифференциация дефектов
1. Трещины
Внешний вид:
Длинные, неравномерные линейные дефекты; могут проникать в поверхность или оставаться на ней; внутренние стенки часто окислены и темные.

Горячие разрывы: Возникают во время затвердевания из-за ограниченной усадки; часто в горячих точках или на переходах между секциями.

Холодные трещины: Образуются в твердом состоянии, обычно вызваны внутренним напряжением или тепловым ударом во время термообработки.

Типичные места расположения:
Горячие точки, углы, горловины стояков, корни ребер и сложные внутренние секции.

2. Холодные затворы
Внешний вид:
Серебристо-серые линейные швы на поверхности; два потока металла не смогли полностью сплавиться, оставив окисленную границу раздела.

Типичные места расположения:
Стыки потоков, тонкостенные пересечения, литниковые концы и удаленные от литника участки.

Разница:
Холодные шурфы обычно неглубокие и сплошные, а трещины более глубокие и шероховатые.

II. Основные причины появления трещин и меры борьбы с ними
1. Конструкция отливки и литниковая система
Причины:

Несбалансированное стробирование приводит к большим температурным градиентам и неравномерному застыванию.

Горячие точки без путей питания создают концентрацию напряжений.

Меры противодействия:

Оптимизация литников для плавного и направленного наполнения.

Установите стояки или охладители для обеспечения последовательного застывания.

Избегайте острых углов и резких перепадов толщины; используйте галтели (R ≥ 3 мм).

2. Снаряд и стрельба
Причины:

Низкая прочность оболочки или высокое тепловое расширение; недостаточный или избыточный обжиг приводит к хрупкости.

Неравномерная толщина оболочки вызывает неравномерное охлаждение и стеснение.

Меры противодействия:

Используйте оболочки из кремнезема с низким тепловым расширением.

Контролируйте температуру/время обжига (обычно 850-1100 °C).

Толщина оболочки должна быть равномерной (6-10 слоев).

Заливайте, пока оболочка горячая, чтобы избежать впитывания влаги и образования напряжения.

3. Сплав и плавление
Причины:

Неправильный состав сплава (избыток S, P, Pb) снижает пластичность в горячем состоянии.

Газовые или шлаковые включения вызывают хрупкую микроструктуру.

Перегрев увеличивает размер зерна и повышает восприимчивость к горячему разрыву.

Меры противодействия:

Поддерживать состав и чистоту сплава в пределах спецификации.

Обеспечьте чистоту расплава - высушите все инструменты, очистите и обезжирьте.

Контролируйте температуру налива:

Нержавеющая сталь: 1550-1600 °C

Углеродистая сталь: 1520-1570 °C

Алюминиевый сплав: 700-740 °C

Температура оболочки: 900-1100 °C (сталь), 450-550 °C (алюминий)

4. Охлаждение и выбивание
Причины:

Быстрое охлаждение или преждевременное снятие оболочки вызывает тепловой стресс.

Тесная связь металл-оболочка ограничивает сжатие.

Меры противодействия:

Охлаждайте постепенно; для толстых частей увеличьте время выдержки.

Используйте песок или печное охлаждение.

Избегайте принудительного снятия корпуса или сильной вибрации.

III. Основные причины и меры борьбы с холодными отключениями
1. Температура и скорость заливки
Причины:

Слишком низкая температура заливки или слишком быстрое охлаждение металла.

Слишком медленная заливка приводит к плохой текучести.

Меры противодействия:

Повысьте температуру заливки и оболочки на 10-20 °C выше нормы.

Наливайте непрерывно, без перерывов.

Оптимизируйте соотношение литников (литник : бегунок : ингата ≈ 1 : 2 : 2).

2. Затвор и направление потока
Причины:

Противоположные потоки металла сталкиваются, создавая турбулентность и слои оксидной пленки.

Меры противодействия:

Используйте донные заслонки или системы однонаправленного потока.

В конце заполнения добавьте вентиляционные отверстия или воскоплавы.

Проверьте схему течения с помощью моделирования течения в пресс-форме (CAE).

3. Текучесть металла
Причины:

Плохой состав сплава, загрязнение газом/шлаком или чрезмерное время выдержки.

Меры противодействия:

Дегазируйте непосредственно перед заливкой.

Поддерживайте равномерную температуру расплава.

Добавьте элементы, улучшающие текучесть (Si, Mg, Ni, в зависимости от сплава).

IV. Методы инспекции и проверки
Пункт Метод Назначение
Поверхностные дефекты Пенетрантное тестирование (PT) позволяет обнаружить микротрещины и линии холодного отключения.
Внутренние дефекты Рентген / КТ Оценка глубины и направления трещин
Металлография Оптическая микроскопия Идентификация горячей/холодной трещины по сравнению с холодной структурой
Остаточные напряжения Деформационный манометр / сверление отверстий Определение зон концентрации напряжений

V. Резюме ключевых моментов профилактики
Стабильное заполнение, последовательное застывание и плавный переход толщины.

Окно контроля температуры: металл, оболочка и окружающая среда.

Уменьшите ограничения: совместите расширение металла и оболочки.

Чистая плавка: избегайте окисления и включений.

Используйте анализ текучести пресс-формы для критических компонентов.

Замкните петлю обратной связи: составьте карту дефектов для улучшения процесса.

VI. Контрольный список для быстрого устранения неполадок на месте
Подтвердите тип дефекта - гладкое холодное закрытие или окисленная горячая трещина.

Рассмотрите кривые температуры и времени заливки/разлива.

Проверьте журнал обжига гильз и полосы для испытания горячей прочности.

Проверьте состав сплава и данные о рафинировании.

Проверьте сечение литников и скорость заливки.

Проверьте процедуру охлаждения и выбивания.

При повторяющихся дефектах проводите CAE-анализ и перепроектирование оснастки.

VII. Контрольная таблица
Тип сплава Температура застывания (°C) Температура оболочки (°C) Скорость застывания Типичные проблемы и решения
Углеродистая сталь 1520-1570 950-1050 Стабильная Горячие трещины: небольшие галтели; Холодные трещины: плохое течение
Нержавеющая сталь 1550-1600 1000-1100 Постоянно Горячие трещины: низкий уровень Si; Холодные трещины: низкая температура заливки
Алюминиевый сплав 700-740 450-550 Быстрые холодные отключения: оксидная пленка; Трещины: перегрев/дисбаланс охлаждения
Медный сплав 1080-1150 700-800 Гладкие Холодные швы: Окисление Zn; Трещины: термические напряжения в горячих точках

VIII. Постобработка и устранение недостатков
Трещины: Избегайте сварки в критических зонах. В случае ремонта проведите послесварочную термообработку для снятия напряжения.

Холодные затворы: Незначительные дефекты поверхности могут быть устранены путем механической обработки; отбраковывайте, если они находятся в несущих областях.

Профилактика превыше всего: внедрите систему “картирование дефектов + прослеживаемость процессов” для непрерывного совершенствования.