裂紋是精鑄件最具破壞性的缺陷，在所有的精鑄件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中都不允許鑄件有裂紋存在，而精鑄件產(chǎn)生的裂紋大多是熱裂紋，因此，防止精鑄件產(chǎn)生熱裂紋顯得尤其重要，下面通過幾個(gè)實(shí)例來說明防止精鑄件產(chǎn)生熱裂紋的幾種措施。
1 改變模殼熱場(chǎng)減少鑄件應(yīng)力消除鑄件熱裂
精鑄件熱裂是在一定溫度范圍內(nèi)形成的，一般是在合金固相線溫度以上產(chǎn)生的，在這溫度范圍內(nèi)，合金本身處于“脆性”階段，但因溫度下降合金要收縮，當(dāng)收縮受到型殼阻礙，甚至此時(shí)型殼還因被加熱而膨脹，或鑄件已有剛度的先凝固部分對(duì)收縮部位產(chǎn)生阻礙，局部形成收縮應(yīng)力及塑性變形。若應(yīng)力或塑性變形超過合金在該溫度下的強(qiáng)度極限和伸長(zhǎng)率，鑄件就會(huì)發(fā)生熱裂。鑄件熱裂與鑄件本身厚薄不均勻有關(guān)，金屬液澆注后存在溫度差，不能實(shí)現(xiàn)各部分均勻同步冷卻，從而導(dǎo)致應(yīng)力存在，在鑄件局部過熱部位產(chǎn)生熱裂。
1.1 改變模殼局部熱場(chǎng)消除鑄件熱裂
鑄件結(jié)構(gòu)一般無法改變，由于補(bǔ)縮的需要，某些鑄件的澆注方案也不易改變，在這種情況下，可以通過在模殼外部局部包裹陶瓷保溫棉的方法改變模殼熱場(chǎng)來使鑄件各部位熱場(chǎng)趨于均勻，從而使鑄件相鄰部位牽制減少，應(yīng)力減小，有利于防止鑄件熱裂的產(chǎn)生。圖1所示為某四聯(lián)空心葉片鑄造方案，該葉片鑄造方案為側(cè)注方案，原方案為在模殼外包裹一層陶瓷保溫棉，澆注后在2號(hào)葉片和3號(hào)葉片上緣板與葉身轉(zhuǎn)接R處產(chǎn)生熱裂。從圖1可以看出，該四聯(lián)葉片為空心葉片，葉片壁厚1.2mm，而與其相連的上緣板處厚度為15mm，2號(hào)葉片和3號(hào)葉片由于夾在中間，制殼完后葉片與葉片之間已經(jīng)沒有間隙，容易在此處過熱，而葉片進(jìn)氣邊和排氣邊由于露在外面，澆注后冷卻較快，造成葉片進(jìn)氣邊在凝固過程中被緣板拉裂。改進(jìn)后的方案為：葉片整個(gè)葉身包一層陶瓷保溫棉，葉片上下緣板處不包陶瓷棉，然后再將整個(gè)模殼包裹一層陶瓷棉，防止模殼冷卻過快。方案改進(jìn)后，葉片2號(hào)葉片和3號(hào)葉片進(jìn)氣R處的熱裂消除。
1.1 改變模殼整體熱場(chǎng)消除鑄件熱裂
鑄件產(chǎn)生熱裂是由于鑄件各部位冷卻速度不同造成的，通過降低澆注溫度和提高模殼溫度，使?jié)沧囟群湍囟缺M量接近，減小溫差的辦法也可消除熱裂，但由于合金液相線溫度和鑄件結(jié)構(gòu)的限制，澆注溫度不可能無限度降低，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所用設(shè)備的限制，模殼溫度也不可能無限制的提高，因此，對(duì)已制作好的模殼進(jìn)行保溫是縮小澆注溫度和模殼溫度溫差的有效辦法。對(duì)模殼保溫可通過給模殼整個(gè)包裹陶瓷棉或?qū)δび媚突鸩牧咸钌霸煨偷姆绞綄?shí)現(xiàn)。
另外，一些合金，如M951鑄造高溫合金和K417G鑄造高溫合金，其在750℃～950℃附近是脆性區(qū)間，對(duì)模殼進(jìn)行保溫處理可以使鑄件在該區(qū)間緩慢冷卻，減小熱裂傾向。
2 增加補(bǔ)縮解決鑄件因疏松造成的熱裂
有些鑄件產(chǎn)生熱裂是由于補(bǔ)縮不足造成的（見圖2），對(duì)鑄件裂紋處進(jìn)行金相分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，裂紋開口較大，尖端圓鈍，沿疏松、碳化物及枝晶間開裂，由于鑄件是沿枝晶間開裂，可以推定鑄件裂紋在凝固后期形成，此時(shí)固相骨架已經(jīng)比較致密，所殘余的液相難以充填彌合空隙，鑄件內(nèi)部產(chǎn)生疏松，導(dǎo)致鑄件開裂。
圖3所示葉片在沒有增加內(nèi)澆口1時(shí)，澆注后在A處產(chǎn)生裂紋，后來對(duì)原鑄造方案進(jìn)行改進(jìn)，在B處增加了一處內(nèi)澆口，對(duì)A處進(jìn)行補(bǔ)縮，解決了該葉片裂紋問題。
3 提高金屬的純凈度解決因夾渣造成的熱裂
某些合金中存在一些高熔點(diǎn)雜質(zhì)，澆注后彌散分布在晶界碳化物中，引起鑄件開裂，圖4所示是某鑄件因夾渣引起熱裂的金相圖片，從金相圖片可以看出，裂紋開口較小，部分裂紋呈斷續(xù)孔洞，內(nèi)可見灰色氧化物，腐蝕后觀察，裂紋呈沿晶開裂特征，兩側(cè)未見貧化，對(duì)該裂紋處進(jìn)行能譜分析，能譜結(jié)果顯示該灰色絮狀物為Al的氧化物及Si的氧化物，不同于基體成分，系鑄造夾渣引起的裂紋。
解決因夾渣引起的熱裂的方法有：
1）提高合金的過熱溫度，使合金中的高熔點(diǎn)雜質(zhì)充分溶解。
2）澆注過程中有效避渣。
3）保證熔爐在熔煉合金時(shí)的真空度，避免因熔爐真空度不夠而造成的氧化夾渣。
4 澆注后模殼停放時(shí)間對(duì)熱裂的影響
某葉片所用澆注合金為K417G合金，澆注后在下緣板與葉身轉(zhuǎn)接R處熒光顯示有熱裂，經(jīng)多次試驗(yàn)證明該處熱裂與澆注后在爐內(nèi)停放時(shí)間有關(guān)，試驗(yàn)前沒有停放時(shí)間，澆注后馬上取出，結(jié)果熱裂嚴(yán)重，后來進(jìn)行了三種試驗(yàn)，如改變澆注溫度、澆注速度、增加內(nèi)澆口和模殼澆注后的停留時(shí)間，結(jié)果停留時(shí)間長(zhǎng)短影響最大，見表1：
從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選用了模殼澆注后在爐內(nèi)停留5分鐘的方案，因?yàn)?分鐘后，澆注后的葉片基本凝固了，就不會(huì)因停留時(shí)間過短取型而造成凝固過程中的振動(dòng)，而液體金屬的動(dòng)能使局部區(qū)域凝固時(shí)間增長(zhǎng)。
5 結(jié)束語
5.1 通過對(duì)模殼局部和整體包裹陶瓷保溫棉或?qū)δぴ煨偷姆椒ǜ淖兡釄?chǎng)，促進(jìn)模殼熱場(chǎng)均勻性，使鑄件各部位均勻冷卻來實(shí)現(xiàn)消除鑄件熱裂的目的。
5.2 對(duì)因疏松造成熱裂的鑄件，可通過增加補(bǔ)縮冒口解決鑄件疏松問題解決熱裂問題。
5.3 對(duì)因夾渣造成熱裂的鑄件，可通過提高過熱溫度、提高金屬純凈度來解決鑄件熱裂問題。
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