铸件内部那些细小的分散孔洞(缩松),是铸造生产中常见的质量隐患,不仅会降低铸件强度,还可能影响密封性和耐用性。很多人不知道,这种缺陷的产生,和铁水的 “过热度” 密切相关 —— 简单说,铁水温度过高,形成缩松的风险就会明显上升。搞懂两者的关系,才能从源头减少这类缺陷。
铁水的过热度,其实就是铁水实际的浇注温度,和它开始凝固的温度(液相线温度)之间的差值。
打个比方,铁水就像一杯热水,开始凝固的温度相当于水的冰点,浇注温度就是热水的实际温度,过热度就是 “热水温度减去冰点” 的数值。铁水开始凝固的温度不是固定的,主要由它的化学成分决定,其中碳和硅的含量影响最为显著。
缩松的本质,是铁水凝固时体积收缩,却没得到足够的铁水补充。而过热度主要通过四个方面,加剧了这种 “补缩不足” 的问题。
铁水从浇注温度冷却到开始凝固的阶段,会先发生体积收缩。过热度越高,意味着铁水的初始温度越高,需要释放的热量越多,这个阶段的收缩量也就越大。就像一杯满满的热水,冷却后水面会下降,热水温度越高,冷却后下降得越明显。铁水的收缩量变大,如果没有足够的铁水来补充这部分空缺,就为后续缩松的形成埋下了隐患。
过高的温度会让铁水推迟开始凝固的时间,还会让凝固时先长出来的晶体(初生奥氏体枝晶)变得更发达。这些晶体长得像树枝一样,会把还没凝固的铁水分割成一个个孤立的 “小水潭”。
原本设计的冒口(用来补充铁水的结构)或浇道,此时很难把铁水送到这些被隔离的小区域。这些 “小水潭” 凝固收缩时,得不到外部铁水的补充,就会形成细小的缩松孔洞。
铸铁凝固时,会析出石墨,这个过程会产生一定的体积膨胀,能自主补充一部分凝固收缩,相当于 “自我补缩”。而过高的过热度,再加上长时间保温,会让铁水里原本存在的、能帮助石墨形成的微小颗粒(结晶核心)大幅减少。
结晶核心少了,石墨析出就会变少,体积膨胀的效果也会减弱,“自补缩” 的能力自然下降。这就好比原本有内部力量帮忙弥补收缩,现在这股力量变弱了,只能更多依赖外部补缩,一旦外部补缩不到位,缩松就容易出现。
过高的温度还可能让型砂里的水分快速蒸发,里面的有机物也会分解,产生更多气体。如果这些气体没能及时排出,就会被困在铸件内部,尤其是在那些被枝晶隔离的小区域里。这些气体和收缩产生的空隙结合,会形成气缩孔,让缩松问题变得更严重。
过热度不是越高越好,也不是越低越好,不同水平会带来不同的结果:
此时铁水收缩量大,晶体结构发达,石墨结晶核心少,自补缩能力弱,缩松的风险会显著增加。同时还容易出现缩孔、白口等其他缺陷,生产中要尽量避免。如果确实需要较高温度,就得加强孕育处理,同时确保铸型足够坚固,补缩系统设计合理。
这是最理想的状态。铁水收缩量可控,晶体结构不会过于发达,石墨结晶核心数量充足,自补缩效果好,缩松倾向低,更容易生产出内部致密的合格铸件。具体温度要根据铸件的结构、材质和生产工艺来确定。
铁水的流动性会变差,容易出现浇不足、冷隔等问题 —— 比如铁水没等填满型腔就凝固了,或者铸件不同部位的铁水没能很好地融合。虽然收缩量小,但可能因为流动性差导致补缩不足,反而也会增加缩松风险,同样需要避免。
铁水过热度和缩松缺陷的关系,核心在于 “温度失衡” 带来的一系列连锁反应:温度过高导致收缩变大、补缩通道堵塞、自补缩能力下降,最终让缩松风险飙升。
想要减少缩松,关键是把过热度控制在合适范围,既不能太高也不能太低。同时要配合合理的孕育处理、补缩系统设计和铸型工艺,确保铁水收缩时能得到充分补充,石墨析出能顺利进行。只有这样,才能有效降低缩松缺陷的发生率,生产出结构致密、性能可靠的铸件。