Was sind die Ursachen für Rissfehler im Stahlguss?

Das Auftreten von Rissfehlern in Stahlgussteilen ist ein sehr häufiges und komplexes Problem, das die gesamte Produktionskette vom Schmelzen über den Gießprozess bis hin zur Weiterverarbeitung betrifft. Risse werden im Wesentlichen durch innere Spannungen (hauptsächlich thermische Spannungen und Schrumpfspannungen) verursacht, die die Festigkeitsgrenze des Materials bei dieser Temperatur überschreiten.

Normalerweise werden Risse in zwei Kategorien eingeteilt: Heißrisse und Kaltrisse.

1、 Heißrissbildung tritt im späten Stadium oder kurz nach der Erstarrung von geschmolzenem Stahl auf, wenn sich das Metall in einem Zustand der Koexistenz von festem und flüssigem Zustand mit geringer Festigkeit und Plastizität befindet. Auftretenstemperatur: meist in der Nähe der Soliduslinie (ca. 1300-1450 °C). Merkmale: Der Rissbereich ist stark oxidiert, erscheint schwarz oder blau und weist eine gewundene und unregelmäßige Form auf.

Hauptursache:

1. Strukturelle Gestaltung von Gussteilen: Zu große Wandstärkenunterschiede und unebene Übergänge an den Anschlüssen führen zu ungleichmäßiger Kühlung und erheblicher thermischer Belastung.

2. Unangemessenes Design des Gießsystems: Der Anguss ist zu konzentriert oder falsch positioniert, was zu einer lokalen Überhitzung führt, die schließlich in diesem Bereich verfestigt

Komprimierung und Support können nicht empfangen werden.

3. Schlechter Rückzug der Sandform/des Sandkerns: Die Festigkeit der Sandform ist zu hoch, was ihr freies Schrumpfen während der Erstarrung und Schrumpfung des Gussstücks behindert, was zu Zugspannungen und Rissen führt. Dies ist ein sehr häufiger Grund.

4. Chemische Zusammensetzung der Legierung: Hoher Gehalt an schädlichen Elementen wie Schwefel (S) und Phosphor (P): Sie bilden Sulfide und Phosphide mit niedrigem Schmelzpunkt, bilden flüssige dünne Filme an Korngrenzen, schwächen die interkristalline Bindungskraft erheblich und sind äußerst wichtige Faktoren, die zu thermischen Rissen führen. Kohlenstoffgehalt (C): Mit einem hohen Kohlenstoffgehalt wird der Erstarrungstemperaturbereich breiter, die Dendriten werden grober und es besteht eine erhöhte Tendenz zur thermischen Rissbildung. 5. Unsachgemäße Verwendung von Steigrohr und Kühleisen: Wenn der Steigrohrhals zu lang oder zu kurz ist und das Kühleisen nicht richtig platziert ist, wird die ungleichmäßige Kühlung noch verstärkt.

2、 Kaltrisse treten auf, nachdem das Gussstück vollständig erstarrt und auf einen elastischen Zustand abgekühlt ist, normalerweise im Niedertemperaturstadium unter 600 ° C. Auftretenstemperatur: niedrigere Temperatur. Merkmale: Der Rissbereich ist sauber, mit metallischem Glanz oder leichter Oxidationsfarbe, und der Riss ist relativ gerade und durchgehend in einer geraden Linienform.

Hauptursache:

1. Übermäßige Gussspannung: Thermische Spannung: verursacht durch inkonsistente Abkühlraten verschiedener Teile des Gussstücks. Schrumpfungsstress: Mechanische Hindernisse für die Schrumpfung des Gussstücks, verursacht durch Formen, Sandkerne, Angusssysteme und Kastenanschläge. Umwandlungsspannung: Die Spannung, die durch die Änderung des spezifischen Volumens während des Abkühlungsprozesses entsteht, wenn eine Strukturumwandlung stattfindet (z. B. Umwandlung von Austenit in Martensit).

2. Metallurgische Qualität von Stahl: Ein hoher Gasgehalt, insbesondere Wasserstoff (H), kann zu „wasserstoffinduzierter Rissbildung“ führen und die Zähigkeit des Materials verringern. Es gibt viele nichtmetallische Einschlüsse: Als Spannungskonzentrationspunkte können Einschlüsse die Festigkeit und Rissbeständigkeit von Materialien erheblich verringern.

3. Vorzeitiges Schleifen während des Boxens: Das Gussstück ist noch nicht auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt und die innere Spannung ist noch nicht vollständig beseitigt, bevor vorzeitiges Rütteln und Schleifen leicht zu Kaltrissen führen kann.

4. Unsachgemäßer Wärmebehandlungsprozess: Übermäßige Erwärmungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit: Insbesondere während der Glüh- und Normalisierungsbehandlung führt eine ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung zu einer enormen Wärmebehandlungsspannung, die sich mit der ursprünglichen Gussspannung überlagert und zu Rissen führt.

Abschreckriss: Hierbei handelt es sich um eine Sonderform der Kaltrissbildung, bei der aufgrund der schnellen Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abschrecken Martensit mit hoher Härte entsteht, begleitet von enormen strukturellen Spannungen, wodurch es sehr leicht zu Rissen kommt.

Zusammenfassung und Lösungsideen

Wenn Risse in Stahlgussteilen festgestellt werden, sollten die Ursachen unter folgenden Aspekten systematisch untersucht werden:

1. Chemische Zusammensetzung: Kontrollieren Sie streng den Gehalt an schädlichen Elementen wie S und P.

2. Schmelzprozess: Um den Gehalt an Gasen und Einschlüssen in der Stahlschmelze zu reduzieren, werden Raffinationsmethoden eingesetzt. 3. Gussstruktur: Optimieren Sie das Design, um plötzliche Wandstärkenänderungen zu vermeiden und abgerundete Übergänge zu verwenden.

4. Gießverfahren: Anguss- und Steigsystem: Sinnvoll ausgelegt, um eine sequentielle oder gleichzeitige Erstarrung zu erreichen und lokale Überhitzung zu vermeiden. Formsand/Kernsand: Auf ausreichende Nachgiebigkeit und Fallfähigkeit achten. Kaltes Bügeleisen und Steigrohr: Richtige Verwendung zur Steuerung der Abkühlsequenz.

5. Entfernen und Reinigen des Sandes: Stellen Sie sicher, dass die Gussteile vor dem Verpacken in der Sandform auf eine ausreichend niedrige Temperatur (z. B. unter 400 ° C) abgekühlt sind. Auch beim Schneiden von Steigleitungen und bei Schweißreparaturen ist darauf zu achten, dass keine neuen Spannungen entstehen.

6. Wärmebehandlungsprozess: Entwickeln Sie angemessene Wärmebehandlungsspezifikationen, insbesondere die Kontrolle der Heiz- und Abkühlraten. Für komplexe Teile oder Teile aus hochlegiertem Stahl verwenden Sie eine schrittweise Erwärmungs- und langsame Abkühlmethode.

Um die spezifische Ursache genau zu bestimmen, ist es oft notwendig, die makroskopische und mikroskopische Morphologieanalyse von Rissen (metallografische Untersuchung), die Prozessüberprüfung und die Analyse der chemischen Zusammensetzung zu kombinieren, um ein umfassendes Urteil zu fällen.