知识篇：浅谈砂型铸钢件的热裂敏感性
Clyne and Davies提出了裂纹敏感性系数tv/tR，该理论假设在应力弛豫期间液相分数fL大约在0.6~0.1，并且易损期fL大约在0.01~0.1，如图1所示。
图1 热裂敏感性模型
Camobell将此裂纹敏感性系数与描述热节每个晶界处应变方程结合起来，提出了一种修正的裂纹敏感性系数CSC：
式中，tR为应力弛豫过程（例如液相和浆态移动过程）的时间；tv为裂纹在晶粒之间扩展时的易损时间；L为铸件的长度；α为热膨胀系数；ΔT 为有效结晶温度区间；l 为热节区域长度；A为晶粒尺寸。
很明显，合金成分及其凝固行为决定了热裂的敏感性。缩小热节间的间距l ,细化晶粒尺寸A,对于减少引发晶界开裂的应变都会有帮助。其中热节区域长度l 最为敏感，l 越小，即应力越集中，则热裂越大。
树脂砂型导热性能差，又容易发气，使铸件冷却速度慢，晶粒尺寸A较大，因此容易产生裂纹。
对于薄壁铸钢件，铸件表面散热快，tv/tR比值大，所以裂纹敏感性大。
笔者对风电行星架铸钢材料ZG18NiMoCr3-6在树脂砂中的热裂敏感性进行了计算，如图2所示，曲线①对应薄壁部位，δ=10 mm，tv/tR=0.1；曲线②对应厚壁部位，δ=50 mm，tv/tR=0.03，证明了壁厚越薄，热裂敏感性越大。用该材料浇注热裂环试验结果发现，浇注温度在低于1 552 ℃时，热裂环出现开裂壁厚为27.5 mm，在高于1 565 ℃时，开裂壁厚为35 mm，可见浇注温度提高，热裂倾向增大。
图2 ZG18NiMoCr合金不同壁厚的热裂敏感性
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2023
03-24
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