Nguyên nhân gây ra khuyết tật nứt thép đúc là gì?

Sự xuất hiện các khuyết tật vết nứt trên các bộ phận thép đúc là một vấn đề rất phổ biến và phức tạp, liên quan đến toàn bộ dây chuyền sản xuất từ ​​quá trình nấu chảy, đúc đến xử lý tiếp theo. Các vết nứt về cơ bản là do ứng suất bên trong (chủ yếu là ứng suất nhiệt và co ngót) vượt quá giới hạn độ bền của vật liệu ở nhiệt độ đó.

Thông thường, vết nứt được chia thành hai loại: vết nứt nóng và vết nứt nguội.

1, Nứt nóng xảy ra ở giai đoạn muộn hoặc ngay sau khi thép nóng chảy đông đặc, khi kim loại ở trạng thái cùng tồn tại rắn-lỏng với độ bền và độ dẻo thấp. Nhiệt độ xuất hiện: thường ở gần vạch rắn (khoảng 1300-1450°C). Đặc điểm: Mặt cắt vết nứt bị oxy hóa nặng, xuất hiện màu đen hoặc xanh, hình dạng quanh co, không đều.

nguyên nhân chính:

1. Thiết kế kết cấu của vật đúc: Sự khác biệt quá mức về độ dày thành và sự chuyển tiếp không đồng đều ở các kết nối dẫn đến làm mát không đồng đều và ứng suất nhiệt đáng kể.

2. Thiết kế hệ thống rót không hợp lý: Đường rót quá đậm đặc hoặc đặt không đúng vị trí, dẫn đến quá nhiệt cục bộ, cuối cùng sẽ đông cứng ở khu vực đó

Không thể nhận được tính năng nén và hỗ trợ.

3. Khuôn cát/lõi rút lui kém: Độ bền của khuôn cát quá cao, cản trở sự co rút tự do của nó trong quá trình đúc và đông đặc, dẫn đến ứng suất kéo và nứt. Đây là một lý do rất phổ biến.

4. Thành phần hóa học hợp kim: Hàm lượng cao các nguyên tố có hại như lưu huỳnh (S) và phốt pho (P): Chúng tạo thành các sunfua và photphua có điểm nóng chảy thấp, tạo thành màng mỏng lỏng ở ranh giới hạt, làm suy yếu đáng kể lực liên kết giữa các hạt và là yếu tố cực kỳ quan trọng dẫn đến nứt nhiệt. Hàm lượng carbon (C): Với hàm lượng carbon cao, phạm vi nhiệt độ hóa rắn trở nên rộng hơn, đuôi gai trở nên thô và có xu hướng gia tăng nứt nhiệt. 5. Sử dụng ống đứng và bàn ủi làm mát không đúng cách: Nếu cổ ống đứng quá dài hoặc quá ngắn và bàn ủi làm mát không được đặt đúng cách sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng làm mát không đều.

2, Nứt nguội xảy ra sau khi vật đúc đã đông cứng hoàn toàn và nguội đến trạng thái đàn hồi, thường ở giai đoạn nhiệt độ thấp dưới 600 ° C. Nhiệt độ xuất hiện: nhiệt độ thấp hơn. Đặc điểm: Mặt cắt vết nứt sạch sẽ, có ánh kim loại hoặc màu oxy hóa nhẹ, vết nứt tương đối thẳng và liên tục theo hình đường thẳng.

nguyên nhân chính:

1. Ứng suất đúc quá mức: Ứng suất nhiệt: gây ra bởi tốc độ làm nguội không nhất quán của các bộ phận khác nhau của vật đúc. Ứng suất co ngót: Những trở ngại cơ học đối với sự co ngót của vật đúc do khuôn, lõi cát, hệ thống đường dẫn và điểm dừng hộp. Ứng suất biến đổi: Ứng suất được tạo ra bởi sự thay đổi thể tích riêng trong quá trình làm nguội khi có sự biến đổi cấu trúc (chẳng hạn như biến đổi austenite thành martensite).

2. Chất lượng luyện kim của thép: Hàm lượng khí cao, đặc biệt là hydro (H), có thể gây ra "nứt do hydro" và làm giảm độ dẻo dai của vật liệu. Có nhiều tạp chất phi kim loại: là điểm tập trung ứng suất, tạp chất có thể làm giảm đáng kể độ bền và khả năng chống nứt của vật liệu.

3. Chà nhám sớm trong quá trình đóng hộp: Vật đúc chưa được làm nguội đến nhiệt độ đủ thấp và ứng suất bên trong chưa được loại bỏ hoàn toàn trước khi rung động và chà nhám sớm dễ gây ra nứt nguội.

4. Quy trình xử lý nhiệt không đúng cách: Tốc độ gia nhiệt hoặc làm nguội quá mức: Đặc biệt trong quá trình ủ và xử lý bình thường hóa, nếu gia nhiệt hoặc làm nguội không đồng đều sẽ tạo ra ứng suất xử lý nhiệt rất lớn, chồng lên ứng suất đúc ban đầu và gây ra nứt.

Vết nứt nguội: Đây là một dạng nứt nguội đặc biệt, hình thành martensite có độ cứng cao do tốc độ làm nguội nhanh, kèm theo ứng suất cấu trúc rất lớn nên rất dễ bị nứt.

Tóm tắt và ý tưởng giải pháp

Khi phát hiện vết nứt trên các bộ phận thép đúc, nguyên nhân cần được điều tra một cách có hệ thống từ các khía cạnh sau:

1. Thành phần hóa học: Kiểm soát chặt chẽ hàm lượng các nguyên tố có hại như S, P.

2. Quá trình nấu chảy: Các phương pháp tinh chế được sử dụng để giảm hàm lượng khí và tạp chất trong thép nóng chảy. 3. Cấu trúc đúc: Tối ưu hóa thiết kế để tránh sự thay đổi đột ngột về độ dày thành và sử dụng các chuyển tiếp tròn.

4. Quá trình đúc: hệ thống ống dẫn và ống nâng: Được thiết kế hợp lý để đạt được quá trình hóa rắn tuần tự hoặc hóa rắn đồng thời, tránh quá nhiệt cục bộ. Cát khuôn/cát lõi: Đảm bảo đủ độ chảy và khả năng co giãn. Bàn ủi lạnh và ống đứng: Sử dụng hợp lý để kiểm soát trình tự làm mát.

5. Loại bỏ và làm sạch cát: Đảm bảo vật đúc được làm nguội đến nhiệt độ đủ thấp (chẳng hạn như dưới 400 ° C) trong khuôn cát trước khi đóng hộp. Khi cắt các ống đứng và hàn sửa chữa, cũng cần tránh tạo ra ứng suất mới.

6. Quy trình xử lý nhiệt: Xây dựng các thông số kỹ thuật xử lý nhiệt hợp lý, đặc biệt là kiểm soát tốc độ gia nhiệt và làm mát. Đối với các bộ phận phức tạp hoặc các bộ phận bằng thép hợp kim cao, hãy áp dụng phương pháp gia nhiệt từng bước và làm mát chậm.

Để xác định chính xác nguyên nhân cụ thể, thường cần kết hợp phân tích hình thái vĩ mô và vi mô của vết nứt (kiểm tra kim loại), xem xét quá trình và phân tích thành phần hóa học để đưa ra phán đoán toàn diện.