热裂是熔模铸钢件常见的缺陷之一随着熔模铸造的发展，复杂件、薄 壁件越来越多，型壳的强度也得到了很大提高，熔模铸钢件中热裂缺陷 的比例也随之上升如何防止热裂成了熔模铸造技术工作人员关心和棘 手的问题1 热裂产生的原因当铸件某个部位的应力达到或超过其材质的强度极限时，铸件该部 位将会产生裂纹铸件的裂纹分为热裂和冷裂两类如果裂纹是在凝固 过程中形成，则此裂纹称为热裂热裂的裂口断面呈氧化色，裂口粗糙， 其微观组织为晶间断裂如果裂热纹是在铸件完全凝固后形成的，则此 裂纹称为冷裂铸件在凝固时会产生较大的收缩，当此收缩受铸型的阻碍或受铸件 其余部分的牵制，则会产生应力而铸件材质在凝固阶段的强度极限极 低，因此应力很可能达到或超过其强度极限而使铸件局部产生裂纹如 果裂纹是在凝固前期形成，而此时仍存在着较大比例的液相且具有良好 的流动充填性，则裂纹被液相焊合但当裂纹在凝固后期形成（一般指固 相率＞0.7）,此时固相骨架已经比较致密，所残余的液相难以充填弥合裂 纹，则裂纹将会进一步发展并残留下来，热裂形成点大致在固相线附近热裂往往产生在铸件“弱点”部位，所谓“弱点”即铸件凝固过程 中结壳最薄部位这些“弱点”通常是铸件壁连接的内角或浇注系统引 入部位等一些局部过热部位。
热裂的产生过程大致如下：铸件凝固初期，在其平面和圆柱表面部 位以及外圆角部位凝固结壳而具有了一定强度和刚度之后在内圆角部 位也凝固结壳而具有一定强度和刚度同时结壳因凝固冷却而产生收缩， 此时结壳将受到与其相连的铸型型壁的阻碍而产生应力，特别是铸件的 突起部位随着凝固的进行，结壳增厚，浇注金属的比强度增大，结壳 的总强度也增大但是由于铸型型壳受热产生膨胀、烧结而使铸件的收 缩受阻增大，引起了凝固结壳中应力增大当铸件凝固结壳的“弱点” 部位处的应力达到了浇注金属的强度极限，则在“弱点”部位产生裂纹， 此裂纹穿透了“弱点”部位结壳的整个厚度在此裂纹形成的同时，应 力将相应缓解随着凝固的继续进行，在断裂点形成了新的凝固结壳， 应力又将重新产生和增大，且集中在原断裂点的相对部位当此“弱点” 部位的应力再次达到浇注金属材料的强度极限时，则会再次断裂如此 裂纹继续发展直到贯穿铸件“弱点”部位整个截面但是如果型壳表面 层过热超过1 100〜1 200 °C以后产生软化，则能激烈降低收缩应力， 裂纹的发展也会中止2 热裂的防止由上可知，热裂的产生部位是在铸件的“弱点”上，此“弱点”可 以是铸件结构不合理引起的，例如铸件壁的连接结构不合理，内圆角半 径过小等。
也可以是铸造工艺不合理引起的，例如浇注系统设计不合理， 导致局部过热而形成“弱点”本文主要是从铸造工艺角度来分析探讨如何防止熔模铸钢件的热裂缺陷2.1选择热裂敏感小的铸造合金，严格控制有害元素S的含量不同铸造合金，对热裂的敏感性也不同凡是凝固过程中收缩系数 较小，凝固时形成的固相的强度较高的合金，其热裂敏感性较小因此 凡有利于提高固相线附近结壳高温强度和降低结壳收缩率的因素都有利 于减缓热裂的产生表1所示为某些合金钢在固相线以上30〜40 °C时 的高温强度ZG20虽然其凝固时的高温强度较高，但由于其凝表1合金钢在固相线以上30〜40 °C时的高温强度[1]Table 1 High temperature strength of alloy steel over solidus 30〜40 C钢的牌号Mn131Cr13T10ZG55ZG35 30CrNiMo工业纯铁ZG201Cr18Ni9Ti高温强度/MPa0.30.40.50.71.2 1.2r 1.4「2.12.5固时会发生6 —Y的相变而产生大的线收缩，因此该合金仍然具有较大 的热裂敏感性而较容易产生热裂硫是钢中有害元素图1所示为不同浇注温度时硫对钢高温强度的 影响。
钢在凝固时，由于硫的存在，在晶界处出现FeS和Fe的低熔点共 晶，而使钢在高温时的强度降低因此含硫高的钢，其热裂敏感性大图1 含硫量对钢在结晶温度附近的强度影响[1]Fig.1 Strength of steel nearby crystallization temperature withS content表2所示为含硫量与铸件热裂产生的关系由表可知，含硫量高时 铸件中形成热裂多因此用稀土对钢冶炼时进行纯化处理，降低钢中含 硫量是防止熔模铸钢件产生热裂的有效措施之一表2含S量与铸钢件热裂的关系⑵Table 2 Hot tear of steel casting with S content铸钢件热裂 含S量/%碱性电炉钢酸性平炉钢没有0.002 〜0.0080.024不多0.015 〜0.0200.024多0.020 〜0.0280.0332.2 低温钢水红壳浇注中碳钢在结晶温度附近的强度极限值很低，大约为0.5〜2.0 MPa 图2所示为中碳钢结壳的强度极限与MS'--.匡削把哪图2 中碳钢结壳强度与其平均温度的关系[1]Fig.2 Strength of forming shell for medium-carbon steel withaverage temperature其平均温度的关系。
提高浇注温度将降低凝固时结壳的强度对于ZG35, 当浇注温度由1 580 °C降低到1 530 °C,其在热裂危险期的结壳强度将 提高31%，因而有利于防止热裂产生但是降低浇注温度，特别是对于 薄壁铸件，很容易产生冷隔、浇不足等缺陷，因此必须提高浇注时型壳 的温度一般对于水玻璃型壳希望浇注时型壳温度大于600 C，即要求 红壳浇注提高型壳温度到600 C以上还可以避开石英砂(粉)在573 C 的p -a的相变膨胀(0.82%),并有利于内层型壳出现1 100 C以上的 软化，从而减缓了型壳对铸件“弱点”的收缩阻碍因此低温钢水红壳 浇注是熔模铸件防止热裂产生的有效措施2.3 薄壁铸件采用扁宽浇口随着熔模铸造的发展，熔模铸造薄壁铸钢件的品种、数量呈增长趋 势由于熔模铸钢件浇注系统设计长期以来采用以补缩为主的原则，薄 壁铸钢件的内浇口厚度习惯上不小于薄壁件的壁厚，加上浇注温度较高， 导致铸件浇注系统引入处局部过热而成为“弱点”这些局部过热的 “弱点”凝固收缩时，其四周的铸件薄壁本体已经凝固，因此过热的“弱 点”的收缩受到铸件薄壁本体的牵制，收缩受阻，因而往往在铸件的内 浇口附近出现热裂避免这类热裂的方法就是将内浇口改为扁宽内浇口。
内浇口厚度一般可取铸件壁厚的 1/2为了不降低浇注速度，避免局部 过热，增强模组的装配强度，内浇口宽度比正常值增大1〜2倍扁宽内 浇口有利于缓和浇注系统引入部位过热而防止热裂产生图 3 所示为板 手铸件的浇注系统设计方案图3a为改进前的方案，该铸件在内浇口附 近出现热裂图3b将内浇口厚度减薄一半，宽度增宽一倍，热裂基本消 除图 3 板手精铸件浇注系统方案示意图Fig.3 Scheme of the gating system for the investment casting of spanner2.4 浇注金属应尽量均匀充填型腔，避免因浇注金属冲击型腔固定点 后分流而形成“热点”浇注金属进入型腔的流向、速度受内浇口的设置位置、大小、形状 的限制不合理地设计内浇口的设置点、大小、形状可以导致浇注金属 冲击型壳某个部位，然后分流，使受冲击部位局部过热而成为“热点”， 此“热点”也即是容易产生热裂的“弱点”图 4 所示拐臂精铸件由某厂携压型来我厂进行生产，原浇注系统设 计如图所示有两个内浇口 A和B,浇注金属液从B内浇口进入型腔后冲击 型腔K处然后分流，使K处过热，导致铸件相应该处成为“弱点”而产 生热裂。
我们去掉了B内浇口，并适当增大内浇口A的长度后，此热裂 随即消除图 4 拐臂精铸件原内浇口方案及液流示意简图Fig.4 Scheme of the former gate and liquid-flow forthe investment castingof corner-arm2.5 浇注系统设计应尽量避免框形结构熔模铸造技术人员对具有两个热节的精铸件或长精铸件往往设计两 个内浇口，于是使得铸件-内浇口-直浇道成为一个框形结构系统，这类 结构最容易出现收缩受阻，而很容易在内浇口附近产生热裂，也容易产 生变形，因此应尽量避免框形结构图 5a 所示为这类铸件 - 内浇口 - 直浇道系统框形结构示意图铸件 A 和 B 处局部厚大形成两个热节，为了保证 A 和 B 热节的补缩，在 A 和 B 部位设置两个内浇口，内浇口附近过热而成为“弱点”，其收缩受铸件 本身以及 c 处型壳的阻碍，“弱点”部位很容易产生热裂如将浇注系 统改为图 5b 所示楔条形结构，则浇注金属从整个楔条进入型腔，而不是 从两个热节部位集中进入，因而降低了原内浇口附近的过热程度，同时 楔条增大了铸件散热面积，提高了凝固结壳强度，c处型壳的阻碍收缩 也得以缓和，因此减缓了热裂的产生。
如果再采用低温钢水红壳浇注， 基本上可避免这类铸件的热裂产生图 5 铸件 - 内浇口 - 直浇道系统框形结构示意图Fig.5 Scheme of frame structure forthe casting-gate-sprue system2.6 设置防裂工艺肋如果用户允许铸件结构改进，可以在易产生热裂的部位设置防裂工 艺肋防裂工艺肋不仅可以提高铸件热裂部位的强度，更主要是可起散 热片作用，改善散热条件，也可使浇注金属合理分流，从而减缓“热点” 集中程度，缓解热裂的产生因此防裂工艺肋不宜厚，一般为相应部位 壁厚的1/3左右，但为保证浇足，厚度应大于2 mm图6所示为防裂工 艺肋设置举例如果用户不同意改变铸件结构，可以在铸件退火消除应 力后去除工艺肋图 6 防裂工艺肋设置举例Fig.6 Exemple of technical rib for preventing hot tear2.7 热裂的转移——自割浇口的应用设计浇注系统时可以采用控制浇注系统各组元凝固速度的方法，让 热裂转移到内浇口或工艺肋上图 7 所示为热裂往内浇口上转移的设计 实例这类浇注系统称为自割浇口自割浇口还能减少浇口切割工作量， 特别是对于大型精铸铸钢件能大大减轻铸件清理、切割工作量，很有推 广价值。
图 7 自割浇口的设计结构示意图Fig.7 Scheme of structure for the self-cut-gate图7 所示为自割浇口的设计结构示意图中内浇口处设置了过热套 4过热套采用导热性差的耐火材料混合成水玻璃砂经硬化制成制作蜡 模时将过热套嵌在压型中，使过热套与蜡模成为一个整体，经制壳、脱 蜡、焙烧后，过热套成为型壳的一部分过热套的传热系数与型壳的传 热系数之比应小于 0.8浇注后由于过热套导热性差、散热慢，而使内 浇口的该部位成为“弱点”形成热裂而断裂断裂后框形结构破坏，应 力消失，起到热裂转移的目的同时由于浇口自行断裂从而减少铸件清 理、切割工作量自割浇口的设计主要是计算△ ,1其中△为过热套的厚度，要求△g(1)式中M 内浇口的热模数，mm过热套的长度1可用下列公式计算⑶g(2)式中 1——过热套长， mmL 内浇口长,mmA,K——钢在固相线附近的热裂敏感性系数，对于碳钢，分别取 21.65 MPa 和 6.9 MPaa o——型壳阻力系数，对于水玻璃型壳取0.05 MPah 。