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【doc】ZG20SiMn钢厚壁铸件的裂纹清理及补焊
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铸件如何焊补
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3秒自动关闭窗口40Mn2铸件热裂分析及预防，中国科技博览，千寻学术网
& &主管单位：中国包装总公司 CN刊号：11-4450/T ISSN刊号：X
40Mn2铸件热裂分析及预防
40Mn2铸件热裂分析及预防 甄朋飞&何长库 中国有色(沈阳)冶金机械有限公司，辽宁&沈阳110141
摘要：简要介绍、分析40Mn2铸件的材质特性、铸态组织、铸造应力、热裂成因等方面，从而总结出针对40Mn2铸件的一系列防止热裂的措施。 关键词：材质特性；铸件；铸态组织；铸造应力；热裂
&&& 生产实践和理论方面（碳当量超过0.60%，材质的淬透性强）证明，&40Mn2铸件的裂纹倾向较大，而且焊接性能极差，需要预热、缓冷、及时回火，焊补工艺要求严格，过程控制要求高，焊补成功率低，修复成本很高，尤其是在环境温度低铸件结构较复杂的情况下，焊补更加困难，因此如何预防裂纹的产生显得尤为重要。 一、材质简介 &&& 1、40Mn2属锰系铸造低合金钢（合金元素的总的质量分数在5%以下的铸造合金钢称为铸造低合金钢）。 &&& 2、40Mn2材质的成分组成： C（0.35-0.45）%&&Mn（1.60-1.80）%&&Si（0.20-0.40）%&&S、P≤0.04% &&& 3、40Mn2的材质特性：铸造碳钢中锰的质量分数为（0.8-0.9）%主要为了脱氧及减轻硫的有害作用。当钢中锰的质量分数提高至（1.10-1.80）%时，就成为铸造低锰钢。在这个含量范围内，锰能提高钢的强度和硬度，而不降低塑性，含锰量更高时会损害钢的塑性。锰在低合金钢中主要作用是提高钢的淬透性，它是在一些合金元素中提高淬透性方面最强的，当锰含量由1.60%升至1.80%时淬透性由7.2倍升至8.8倍。由于锰在铁素体中起固溶强化作用并使钢的共析转变温度降低，使钢组织中珠光体分散度增大，因此即使是采用正火处理方法，强度也比相同含碳量的碳钢高。单元锰钢的缺点是热处理中热敏感性大（加热温度过高时，易发生晶粒长大现象），并易使钢产生回火脆性。 &&& 4、主要成分间的相互作用及影响：低锰合金铸钢的含锰量达到一定程度时，随着含碳量的增加，淬透性提高，较易获得马氏体组织，热处理后能获得较好的综合机械性能和耐磨性；当含碳量一定时，随着含锰量的增加，淬透性增大，机械性能提高。 二、铸件的铸态组织 &&& 1、铸态组织的晶粒较粗大，而且存在柱状晶区，晶粒粗大则晶界的比表面积较小，因而钢的强度较低。柱状晶具有各向异性，在其横向上的力学性能特别是韧性较低。在经受外力冲击作用时，易沿晶界发生断裂，这种铸态组织特征在厚壁铸件上表现的尤为明显。铸件壁越厚，则铸态下的性能越差（铸钢件的壁厚效应：厚壁铸件由于冷却速度慢，组织中晶粒较粗，奥氏体枝晶臂间距大，而且厚壁件缩松严重，钢的致密的低，组织连续性差）增大铸件产生裂纹的倾向性。 &&& 2、先共析铁素体的形态因结晶条件变化而改变，通常有粒状、条状（魏氏组织）和网状三种。40Mn2铸件易形成魏氏组织（铁素体呈片状或针条状分布在珠光体内部，并与晶粒边界呈一定的角度的组织）和网状组织（铁素体在原奥氏体的晶界处析出，由于奥氏体晶界上的晶格缺位多，且组织疏松，故易于铁素体新相的形核和铁原子的聚集，便于形成网状组织），魏氏组织和网状组织使钢具有较低的力学性能，特别是严重降低其韧性，增大产生裂纹的倾向性。 三、铸造应力 &&& 1、铸造过程中，铸件固态线收缩由于各种因素而受阻、变形，合金材料中产生应力，这种应力统称铸造应力。（应力的存在是铸件产生裂纹的主要因素之一，尤其是残余应力的存在。） &&& 2、按形成原因分为热应力、相变应力、收缩应力。 &&& 3、按作用时间长短分为：临时应力和残余应力。 残余应力分为：热应力型残余应力、相变应力型残余应力、收缩应力型残余应力。铸件残余应力主要为热应力型残余应力。 四、铸件热裂简介 &&& 热裂：在有效凝固温度范围内所产生的裂纹，具有晶界裂纹特征的，称为热裂或凝固开裂。可分为外热裂、内热裂和皮下热裂。外热裂最为常见，特征是：铸件表面有单条或多条裂纹，裂纹长度短，走向扭曲，互不连续，裂口有一定深度，口宽里窄，裂口的裂缝呈黑的氧化色。外裂纹最易产生于铸件热节处。 &&& 1、根本成因：属宽凝固温度范围，糊状或海绵网络凝固方式的合金容易产生热裂。在铸件凝固时，本身治愈热裂的能力差，易热裂。外部阻碍因素造成的收缩应力，则是铸件产生外热裂的主要条件。 &&& 2、防止对策：(1)严格控制材质中等C含量和Mn含量将它们控制在中下限，控制Si的含量在中上限，因为随着Si含量的增加，（0.1%-0.6%）范围内）铸钢的热裂倾向随之减少；还有利于改善钢液脱氧，防止钢液二次氧化，避免铸件产生气孔。 &&& (2)严格控制钢中的硫、磷量，减小铸钢件的热裂倾向。它们在钢中都属于表面活性元素，降低晶粒间液相表面张力，阻碍液膜中固相桥的长大和增多，延长液膜存在时间，故易使铸件产生热裂，对于技术要求高，铸件结构复杂的铸钢件应控制S&0.025%,&&&P&0.04%。 &&& （3）铸钢中最佳含锰量可按下式估算：Mn%=0.5+12S%+0.0086/C%根据计算40Mn2的最佳含锰量为1.00%左右。铸钢中的锰，同硫化合成硫化锰，可消除硫促使热裂形成的不良影响。但锰含量过量（大于1.20%）当钢液脱氧良好时，硫化物在钢液中的溶解度增大，铸件凝固末期，硫化物形成共晶类型的链状夹杂物，反而使热裂易于形成。（4）冶炼上采用综合脱氧剂（例如锰硅铝钙综合脱氧剂）比单独使用硅、锰、铝的脱氧效果好，因为综合脱氧剂的脱氧产物尺寸要比单独用的脱氧剂的大得多，易于从钢液中排除从而有效的减少氧化夹杂物，减小铸钢件的热裂倾向性。对合金钢铸件进行微合金化和变质处理可使铸件一次结晶的晶粒细化，减小晶粒间液相渗流流动阻力，提高液相的过滤补缩能力，即提高了治愈热裂的能力，降低铸件热裂倾向性。 &&& （5）铸造工艺方面：a、造型材料方面&&要有好的高温退让性。它是指铸件凝固时期的温度下，造型材料在该温度时应有最低的热强度。具有良好的退让能力，使铸件凝固外壳能自由线收缩，减少外壳中的收缩应力。b、工艺措施方面&&在砂型、砂芯表面涂敷涂料，防止粘砂的同时，减小铸件凝固时铸件表面同砂型、砂芯之间的摩擦力，防止铸件固态线收缩受阻碍而使铸件产生热裂。c、保证冒口、直浇道同砂箱箱带之间吃砂量足够大，以免箱带通过冒口、直浇道阻碍铸件线收缩而产生热裂。d、采用收缩筋防止热裂纹&&收缩筋设置在铸件的易裂部位（如转角处），它能够先于铸件凝固，从而起到增强该处凝固时的抗拉强度和防止裂纹的作用。收缩筋一般放置在铸件的热节部位，设置在铸件断面为L形、T形和十形的热节处、薄壁件的内浇口附近和厚壁铸件的转角处。e、改善铸件结构尽量使铸件壁厚均匀，两壁相交的凹角应有足够大的内圆角半径，避免有十字交叉的热节，使之相错而成T字型热节等。 &&& （6）浇注工艺方面：a、在保证金属充型，不发生充填缺陷（冷隔、浇不到等）前提下，使浇注温度低些。b、实现铸件同时凝固或弱顺序凝固，尽量避免铸件顺序凝固，尤其是强烈的顺序凝固以减小热裂倾向。 五&结论 &&& 以上就是从铸件材质、铸件组织、铸造应力、铸件热裂成因等方面分析总结出的针对40Mn2铸件的一系列防止热裂的措施。措施相对全面，但在实际生产过程中不能逐项实施，实际应用主要以解决铸件的主要矛盾即大的热裂倾向性问题、从避免批量或大件及关键件严重热裂情况的出现等方面来采取相应的预防措施，减少甚至避免裂纹的出现。 参考文献： [1]魏华胜.铸造工程基础.机械工业出版社：2002.4 [2]哈尔滨工业大学.大型铸钢件生产.黑龙江人民出版社：1979 [3]陈国桢.铸件缺陷和对策手册.机械工业出版社:&2007.1 [4]刘北兴.金属学与热处理原理.哈尔滨工业大学出版社:2004.2 第一作者简介：&&&&&&&&&&&& 甄朋飞&男（1981）沈阳大学&材料成型及控制工程&毕业至今一直从事铸造行业，现任质量监管部理化科无损检测施工员 第二作者简介： 何长库&男（1961）沈阳机械工业大学&铸造工艺及设备&毕业至今一直从事铸造行业，现任铸造分厂浇注工段施工员
10:15:30 | 1135 |
[ 16:14:54]?
[ 16:14:16]?
[ 16:13:29]?
[ 16:07:40]?
[ 16:06:35]
Copyright & 千寻学术网 版权所有 TEL:400-669-1977　　【学员问题】球形储罐有害缺陷的修补方法应符合规定？
　　【解答】一、球壳表面缺陷、焊缝咬边及焊趾裂纹等如只需用砂轮修磨时，应打磨平滑或加工成具有 1 ∶ 3 以下坡度的斜坡。
　　二、对球壳表面缺陷进行焊接修补时，当划伤及成形加工产生的表面伤痕等缺陷的形状比较平滑时，可直接进行堆焊。如果直接堆焊可能导致产生裂纹时，可用砂轮将缺陷清除后再进行堆焊。堆焊后的表面应打磨平滑，或加工成具有 1 ∶ 3 以下坡度的平滑凸面，且高度在 1.5mm 以下。
　　三、对焊缝咬边和焊趾裂纹进行焊接修补时，应先用砂轮将缺陷清除并修整成便于焊接的凹槽形状，再进行焊接修补，修补长度应在 50mm 以上。高强钢的焊缝修补后，在修补焊道上应加焊一道凸起的回火焊道。回火焊道焊完后 ， 再磨去回火爆道多余的焊缝金属，使其与主体焊缝平缓过渡。
　　四、焊缝内部缺陷焊接修补前，应探测缺陷埋置深度。缺陷的清除深度应在钢板厚度的 2/3 以内（从球壳板表面算起），如超过 2/3 深度的焊缝内部仍残留缺陷时，应即停止清除进行焊接修补，然后在其背面再次清除缺陷，进行焊接修补。焊接修补焊缝长度均应在 50mm 以上。
　　当采用碳弧气刨清除缺陷时，缺陷清除后应用砂轮修整刨槽，磨除渗碳层，再进行焊接修补。
　　五、焊接修补应与球罐焊接工艺相同。如需预热时，应以修补处为中心，在半径为 150mm 的范围内预热。
　　六、焊接修补时的焊接线能量应在规定的范围内，且不应在其下限值附近焊接短焊缝。
　　七、焊接修补后，应按规定立即进行后热消氢处理。
　　以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。 责任编辑：tracy
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