高锰钢铸件生产过程中常见缺陷分析及相关预防措施探讨

邵清华

江苏华兴特钢铸造有限公司 江苏 泰州 225444

前言

各类高锰钢铸件，诸如斗齿、衬板、格子等在实际工况下，多由气缩松脆断导致破坏。对此，在生产高锰钢铸件的过程中，要对常见缺陷进行科学预防和有效消除，促进成品率实现大幅度提高。要严格规范铸造生产涉及的各道工序，并加强对工艺细节的控制，分析常见缺陷的具体原因，并采取有效措施对常见缺陷进行有效预防。

1 高锰钢铸件生产过程中常见缺陷原因

（1）气孔原因。①造型材料：造型材料与高锰钢铸件气孔的产生存在密切关系，例如，加入过量黏土，或者采用不恰当的混砂工艺，一方面会导致型芯砂降低其透气性，另一方面，缺乏均匀混合的小黏土块在接触钢液时，会形成大量气体，进入钢铸件后即产生气孔。②型芯干燥：若未能将砂芯、型芯有效烘干，铸型尚未干透，即对之实施热型合箱，合型完成后，对铸型进行过长时间的放置，未能及时进行浇注等，会导致铸件气孔的产生[1]。③铸造工艺及浇注：浇注系统缺乏合理设计，钢液未能平稳进入铸型，将气体卷入其中，导致铸件形成大量气孔。以过快速度进行浇注，未能及时排出铸型中存在的气体，对铸件造成侵入，进而产生气孔。

（2）粘砂原因。在造型过程中，钢铸件缺乏足够的紧实度，砂型具有粗糙的表面，采用质量低劣的涂料等，导致砂砾间存在的空隙中浸入钢液，钢铸件上嵌附有砂砾，产生机械粘砂。钢中的碱性氧化物MnO含量较多，通常采用硅砂材料制作型芯，型芯中含有SiO2，与MnO 产生化学反应，即生成MnO⋅SiO2低熔点化合物，进而形成化学粘砂[2]。

（3）裂纹原因。①工艺方面：生产铸件涉及复杂性较强的过程，对各环节均须严格控制。若未能恰当开设浇冒口，将对铸件凝固的具体方式和凝固顺序造成不良影响，甚至会导致铸件内部对热应力的诱发，造成铸件开裂[3]。②化学成分：生产实践显示，C元素和P元素超标，会导致对铸件进行水韧处理时发生碎裂。P元素是钢中存在的有害元素，容易在奥氏体晶界形成偏聚，造成晶界结合力出现急剧下降，并使晶界发生脆化。当高锰钢中所含的Mn/C＜8时，对之实施常规水韧处理，过量的残留碳化物以及网状碳化物会出现在晶界上，铸件本身的塑性、韧性以及强度均会出现降低，导致钢质变脆[4]。③热处理：高锰钢ZGMn13-1的热导率仅是普通碳钢的其热膨胀系数则是普通碳钢的2倍。因此，在对高锰钢实施水韧处理的过程中，若加热时为能对铸件升温速度进行正确掌握，会造成铸件出现裂纹。

2 高锰钢铸件常见缺陷的相关预防措施

2.1 气孔预防措施

①对浇注系统进行合理设计，并对具有开放式特点的浇注系统进行采用，即∑F内＞∑F横＞∑F直，确保钢液能保持均匀平稳的状态将铸型充满，防止钢液出现卷气和氧化。采用∑F内＞∑F横＞∑F直=1：（1～1.1）：（1～1.4）开放式浇注系统，按照现场浇包注口的具体尺寸对直浇道尺寸进行确定。②对造型材料的发气量、含水量、透气性、砂芯烘干程度以及砂型等进行严格控制，有效保障型芯形成顺畅的通气，扎出更多气孔，顺利将气体排出。③出炉的钢液，需要保持一定时间的镇静，促进钢液所含气体的良好上浮。

2.2 粘砂预防措施

①对金属模板进行采用，并结合标准型砂箱造型，有效保障砂型紧实度，并提升其尺寸精度，面砂应对砂粒较细的型砂进行采用，对砂粒间存在的空隙进行有效减少，孔芯对镁砂砖芯进行采用。②铸型摒弃对白泥涂料的使用，使用碱性镁橄榄石粉涂料，并对涂料实际涂刷厚度进行控制，确保涂刷厚度不超过1mm，并避免形成堆积。

2.3 裂纹预防措施

①对铸造工艺进行设计，要减小预留的加工余量，将加工余量控制在3到5mm范围内，对较大件的加工余量，要控制在10mm以内。铸件外形要对负公差进行采用，孔槽要对正公差进行采用，尽量对易割冒口片进行放置，对浇道进行分散放置。②浇注完成后，按照1min/5mm壁厚对时间进行计算，并及时松箱。③对打箱时间进行严格控制，禁止在风口处放置铸件。对铸件进行搬运，要尽量防止出现碰撞，禁止对铸件进行浇水，避免激冷应力导致铸件发生开裂。开箱后，温度大于400℃的实际情况下，可通过气割热切割对易割冒口片进行处理。④铸件入炉之前，要用锤敲掉毛刺、飞翅和浇冒口系统。若铸件厚度过大，可通过砂轮机对之进行切割，尽量不用气割。对气割进行运用，要确保余量足够，经过水韧处理后，将保留余量埋入水中实施切割。⑤对水韧加热速度以及出炉时间进行严格控制，将常温状态下的铸件加热到600℃，在此过程中，碳化物存在于铸态组织中，钢具有较低的强度和较大的脆性，且缺乏良好的导热性，具有较大的线收缩和内应力，因此，要根据铸件壁厚，并考虑其复杂程度，据此对壁厚进行确定。若铸件壁厚小于25mm，可确定加热速度为70℃/h；对于壁厚在25到50mm以内的铸件，可确定加热速度为50℃/h；对于壁厚大于75mm的铸件以及复杂铸件，可确定加热速度为30～50℃/h。当加热温度超过600℃时，钢韧性得到提高，减小了开裂危险，可将铸件相应的加热速度上升到100～150℃/h，直至固溶温度。

2.4 晶粒粗大预防措施

①钢液终脱氧时，可对终脱氧剂A1量进行适当增加，通常可增加至钢液容量的2%。②对浇注温度进行合理控制，尽量对低温浇注工艺进行采用，将浇注温度控制在1360～1420℃范围内。