冷裂

材料科学术语

在低温环境下，当铸件内应力超过合金强度极限时形成的裂纹称为冷裂。裂纹是铸件的严重缺陷，须设法防止。冷裂与热裂不同，裂口较直，常没有分叉，金属断面干净，有时呈现轻微的氧化。冷裂常出现在铸件的表面，有时会贯穿整个铸件。

介绍

容易发现的长条形而且宽度均匀的裂纹。裂口常穿过晶粒延伸到整个断面。由于铸件冷却不均匀，所形成的铸造应力大于铸件金属的强度极限造成裂纹，称为冷裂。冷裂与热裂不同，裂口较直，常没有分叉，金属断面干净，有时呈现轻微的氧化。冷裂常出现在铸件的表面，有时会贯穿整个铸件。

合金钢比碳钢容易产生冷裂；高碳钢比低碳钢容易产生冷裂。这是因为钢的导热性因合金元素含量和含碳量的增高而大大降低，使铸件冷却时各部分温差加大，从而增大了铸造应力。磷使钢具有冷脆性，含磷高的钢铸件，冷裂的倾向增大。铸件内的其他缺陷，如渣眼、缩孔等，会造成应力集中，促使冷裂的形成。冷裂是铸件裂纹类缺陷之一。

冷裂纹的特征

冷裂纹外形呈连续直线状或圆滑曲线状，常常穿过晶粒，断口有金属光泽或呈轻微的氧化色（见图1）。形状复杂的大型铸件容易产生冷裂，有些冷裂纹在打箱清理后即能发现，有些在水爆清砂后发现，有些则是因铸件内部有很大的残余应力，在清理和搬运时受到震击形成的。

图2所示为ZG35CrMn齿轮毛坯的冷裂纹。齿轮的轮缘和轮幅比轮毂薄，冷却较快，因此先收缩，并对轮毂施加压力，使轮毂产生塑性变形。当轮毂开始收缩时，受到先已冷却的轮缘的阻碍，轮幅中产生拉应力，形成冷裂。

冷裂的形成原因

冷裂是由于铸件中应力超出合金的强度极限而产生的。冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是有应力集中的部位和有铸造缺陷的部位。影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素基本是一致的。

合金的成分和熔炼质量对冷裂有重要影响。例如，钢中的碳、铬和锰等元素，虽能提高钢的强度，却降低了钢的导热性能，因而当这些元素较多时，就会增大钢的冷裂倾向。增加磷会导致钢的冷脆性增强，磷的质量分数大于0．1%时，其冲击韧性急剧下降，冷裂倾向明显增大。钢液脱氧不足时，氧化夹杂物聚集在晶界上，会降低钢的冲击韧性和强度，促使冷裂的形成。铸件中非金属夹杂物增多时，冷裂的倾向性也增大。

铸件的组织和塑性对冷裂也有很大影响。如低碳镍铬耐酸不锈钢和高锰钢都是奥氏体钢，且都容易产生很大的热应力，但是镍铬耐酸钢不易产生冷裂，而高锰钢却极易产生冷裂，这是因为低碳奥氏体钢具有低的屈服极限和高的塑性，铸造应力往往很快就超过屈服极限，使铸件发生塑性变形；高锰钢的含碳量偏高，铸件冷却时，在奥氏体晶界上析出脆性碳化物，严重降低了塑性，易形成冷裂。

防止冷裂纹的措施

铸件产生冷裂和变形的原因是冷却过程中铸件各部分的冷却速度不一致。因此，防止铸件产生铸造应力的方法都可用于防止铸件产生变形和冷裂。为消除铸造应力所采取的一些工艺措施，对于冷裂纹的防止同样有效。

①改进铸件结构，使壁厚均匀，必要时可增设加强筋。

②合理设置浇注系统。避免铸件线收缩受阻。减少铸造应力。

③控制钢水中C、Cr、Mn、P等含量。C、Cr、Mn等会降低钢的导热性和塑性，因此，这些元素含量高，冷裂倾向就增大，磷使钢具有冷脆性。

④钢液要充分脱氧，否则，在晶粒边界上聚集较多的FeO、MnO等氧化夹杂物，使钢变脆。

⑤对特殊合金成分件要改变其冷却速度，以防止冷裂。

⑥在铸件清理矫正时，要避免剧烈撞击。

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