?機械鑄造過程中，脆性斷裂是指鑄件在受力時未發(fā)生明顯塑性變形就突然斷裂的現(xiàn)象，通常與材料成分、鑄造工藝、內(nèi)部缺陷及應力狀態(tài)相關(guān)。那么，機械鑄造廠小編告訴大家要防止脆性斷裂需從原材料控制、工藝優(yōu)化、缺陷消除及性能調(diào)控等多環(huán)節(jié)入手，具體措施如下：
一、優(yōu)化材料成分與熔煉工藝，減少脆性相
材料的化學成分直接影響其韌性，脆性相（如碳化物、硫化物、氧化物）的過量析出會顯著降低鑄件抗斷裂能力，需重點控制：
嚴格控制易形成脆性相的元素含量
對于鑄鐵：過量的碳（C＞3.6%）會形成網(wǎng)狀滲碳體，導致脆性增加；硫（S＞0.1%）與鐵形成低熔點硫化鐵（FeS），在晶界析出易引發(fā)熱脆。需通過配料控制 C、S 含量，添加硅（Si）、錳（Mn）等元素：Si 可促進石墨化，減少滲碳體；Mn 與 S 結(jié)合生成高熔點硫化錳（MnS），降低熱脆風險。
對于鑄鋼：碳含量過高（如高碳鋼 C＞0.6%）會增加珠光體比例，降低韌性；磷（P＞0.06%）易在晶界偏聚形成脆性磷化物，導致冷脆。需采用低碳鋼（C≤0.3%）或低合金鋼，添加鎳（Ni）、鉻（Cr）等元素提升韌性，同時嚴格控制 P 含量。
強化熔煉過程的除雜與脫氧
熔煉時若氣體（H、O、N）或非金屬夾雜物（氧化物、硅酸鹽）過多，會在鑄件內(nèi)部形成微裂紋源。需采用：
真空熔煉或惰性氣體保護熔煉，減少氣體溶解度；
加入脫氧劑（如鋁、硅鐵、錳鐵）去除氧氣，生成的氧化物夾雜需通過靜置、扒渣或過濾（如陶瓷過濾器）清除；
避免回爐料中混入油污、銹跡（會增加氣體和夾雜），回爐料比例控制在 30%-50% 以內(nèi)。
二、優(yōu)化鑄造工藝，減少內(nèi)部缺陷
鑄件內(nèi)部的縮孔、疏松、氣孔、裂紋等缺陷是脆性斷裂的主要 “起點”，需通過工藝控制減少缺陷產(chǎn)生：
合理設計澆注系統(tǒng)與冒口，避免縮孔與疏松
縮孔和疏松多因金屬液凝固時補縮不足導致，在厚大部位（如鑄件法蘭、筋板交匯處）易形成集中性缺陷，受力時成為應力集中點。
措施：采用順序凝固原則，通過冒口（設置在熱節(jié)部位）和冷鐵（加速薄壁部位凝固）引導金屬液補縮；優(yōu)化澆注溫度（如鑄鐵澆注溫度控制在 1380-1450℃，過高易導致氧化和晶粒粗大，過低易產(chǎn)生澆不足）；對大型鑄件采用階梯式澆注系統(tǒng)，避免金屬液沖刷型壁產(chǎn)生夾雜。
控制充型與凝固速度，減少氣孔與冷隔
氣孔（氣體聚集形成）和冷隔（金屬液分流后未完全融合）會破壞材料連續(xù)性，降低有效承載面積。
措施：
充型速度適中：過快易卷入氣體，過慢易導致冷隔（尤其薄壁鑄件），可通過模擬軟件（如 ProCAST）優(yōu)化澆注速度和壓力；
型砂 / 涂料透氣：水玻璃砂或樹脂砂需保證透氣性（避免氣體無法排出），涂料采用耐高溫、低發(fā)氣類型（如醇基涂料）；
金屬液除氣處理：如鑄鐵用沖天爐熔煉時，通過焦炭層過濾氣體；鑄鋼采用氬氣攪拌除氫。
避免鑄造裂紋（熱裂與冷裂）
熱裂：凝固末期（固相率 80%-90%），晶界強度低，若收縮受阻（如型砂退讓性差），易在應力集中處（如拐角、截面突變處）產(chǎn)生裂紋，斷口呈氧化色（高溫下形成）。
措施：提高型砂退讓性（添加木屑、焦炭顆粒），鑄件設計避免尖角（采用 R≥3mm 圓角），降低澆注溫度減少收縮量。
冷裂：鑄件冷卻至低溫時（＜300℃），因內(nèi)應力超過材料強度產(chǎn)生，斷口較光滑、無氧化色，多發(fā)生在受拉部位（如鑄件內(nèi)壁）。
措施：鑄件開箱溫度不宜過高（如鑄鐵件＜200℃），避免急冷；對復雜鑄件采用時效處理（如 200-300℃保溫 2-4 小時）消除內(nèi)應力。
三、改善鑄件組織，提升韌性
晶粒粗大、組織不均會降低材料的塑性和韌性，易引發(fā)脆性斷裂，需通過工藝調(diào)控細化組織：
控制凝固速度，細化晶粒
晶粒越細，晶界面積越大，裂紋擴展阻力越強?？赏ㄟ^：
加快冷卻速度：對薄壁鑄件采用金屬型（較砂型冷卻快）或水冷鑄型，促進細晶形成；
添加晶粒細化劑：如鑄鐵中加入 0.02%-0.05% 的鈮（Nb）、釩（V），鑄鋼中加入鈦（Ti）、硼（B），形成彌散的碳化物顆粒，阻礙晶粒長大。
優(yōu)化熱處理工藝，消除脆性組織
對于鑄鋼件：熱軋或鑄造后易存在魏氏組織（鐵素體沿奧氏體晶界析出呈針狀），導致韌性下降，需通過正火處理（加熱至 Ac3 以上 30-50℃，空冷）細化晶粒，消除魏氏組織；
對于球墨鑄鐵：若石墨形態(tài)不良（如蠕蟲狀、團絮狀），會降低韌性，需通過退火（600-700℃保溫）改善石墨分布，或調(diào)整球化劑（如加入稀土鎂合金）確保石墨球化率≥85%。
四、控制鑄件表面與應力狀態(tài)
表面缺陷（如劃痕、冷硬層）和殘余應力集中是脆性斷裂的常見誘因，需針對性處理：
減少表面損傷與冷硬層
鑄件表面的砂眼、毛刺、劃痕會成為應力集中點，尤其在沖擊載荷下易引發(fā)斷裂。措施：
清理型砂時避免用硬物敲擊（防止表面產(chǎn)生微裂紋）；
去除澆冒口后對斷口進行打磨（R≥2mm），消除尖銳邊緣；
避免鑄件在冷卻過程中表面快速冷卻形成過厚冷硬層（如鑄鐵件冷硬層厚度＞5mm 時，韌性顯著下降），可通過型砂保溫性調(diào)節(jié)（如添加保溫冒口套）。
消除殘余應力
鑄造過程中因冷卻不均產(chǎn)生的殘余應力，會疊加外部載荷導致斷裂。措施：
對復雜鑄件（如機床床身、發(fā)動機缸體）進行人工時效（200-350℃，保溫 4-8 小時）或自然時效（存放 6 個月以上）；
焊接修補鑄件缺陷后，需進行局部退火（加熱至 600-650℃，緩慢冷卻）消除焊接應力。
五、強化質(zhì)量檢測，提前識別風險
通過檢測及時發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，避免不合格鑄件流入后續(xù)環(huán)節(jié)：
無損檢測：對關(guān)鍵鑄件采用超聲檢測（檢測內(nèi)部縮孔、疏松）、磁粉檢測（表面裂紋）、滲透檢測（近表面缺陷）；
力學性能測試：抽樣檢測鑄件的沖擊韌性（如夏比 V 型缺口沖擊試驗）、抗拉強度，確保韌性指標達標（如球墨鑄鐵沖擊吸收功≥15J，鑄鋼≥27J）；
金相分析：檢查晶粒大小、夾雜物含量、組織形態(tài)（如是否存在網(wǎng)狀碳化物），及時調(diào)整熔煉或熱處理工藝。