CN103091335B - 用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法及其测试模型 - Google Patents
用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法及其测试模型 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法及其模型。该方法适用于材料成分和浇铸工艺参数的裂纹敏感性测试，模型采用网格型；该模型网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋板采用不同厚度；按照正常流程铸造该模型并喷丸，确定裂纹观察部位，检测该部位裂纹进行评价。本发明所涉及模型和试验方法可以有效预测不同材料和工艺参数在精密铸造过程中出现裂纹的趋势，同时还能为铸件圆角尺寸设计提供参考，从而保证铸件结构、铸件材料成分和铸造工艺参数设计的合理性，降低铸件的裂纹缺陷，获得高质量、低成本的精密铸钢件。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域，涉及用于熔模铸造件裂纹敏感性测试的方法，尤其涉及用于精密铸造铸钢件裂纹敏感性测试的方法及其测试模型。
背景技术
裂纹是铸件制造过程中的典型缺陷之一，尤其在精密铸造的高强度薄壁铸钢件中更容易发生。随着熔模铸造的发展，复杂件、薄壁件、杆状件等极端件越来越多，熔模铸件出现裂纹缺陷的倾向也加大。对铸件裂纹形成原因及形成机理的研究有利于生产厂商采取相应的措施预防和消除铸件生产时产生的裂纹，为生产出合格铸件提供技术保证有着重要的应用价值。
为了有效测试材料成分和铸造工艺对复杂结构铸钢件铸造裂纹的影响，通常会采取测试模型即用于测试裂纹敏感性的模型进行裂纹敏感性的测试。该模型采用铸造工艺加工而成，目前采用的结构主要有“工”字型、上下横板加立筋的结构以及框形结构，设有便于悬挂的工艺孔和不同圆角，通过模型的不同圆角设置以测试复杂结构铸件的裂纹产生。
针对铸件结构的复杂性而言，上述测试模型的结构则显得较为简单和单一，采用该测试方法，针对同一铸件多个不同结构位置的裂纹敏感性不能同时得以体现，特别是针对精密铸造而言，更是难以充分且准确地测试出精密复杂铸件的裂纹敏感性，自然由此得出的预防和消除铸件生产时产生裂纹的措施也是不能够达到充分且合理。
因此，选择能够更为充分且准确测试铸件裂纹敏感性的模型，对于制定合理的预防消除铸件生产时产生裂纹的措施十分关键，有必要进一步研究。
发明内容
本发明为了解决上述现有铸件裂纹敏感性测试方法中所存在的技术问题，而提供一种能够更为充分且准确测试出裂纹敏感性的用于精密铸造铸钢钢件裂纹敏感性测试的方法及其测试模型。
本发明是通过以下方案实现的：
上述用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，适用于材料成分和浇铸工艺参数的裂纹敏感性测试，采用网格型测试模型；该模型的网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋板采用不同厚度；根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程铸造该模型并喷丸，确定裂纹观察部位，检测该观察部位裂纹；同一组试验参数选取至少20个模型用于裂纹敏感性评价，统计每个模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价。
所述的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，其中：该观察部位具有多个，根据圆角尺寸、网格筋板的厚薄及应力集中大小确定。该观察部位包括离浇口最近和最远的部位，用来观察气孔和缩孔形成情况。
所述的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，其中：选择该模型的圆角过渡处为裂纹观察部位，于喷丸结束后采用着色裂纹清洗剂清洗该模型表面，并由着色渗透剂喷涂该观察部位，待该观察部位表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；然后进行裂纹的检测和解剖。该着色渗透剂喷涂该观察部位保持湿润5~10min后清洗。该测试方法具体步骤如下：
（1）根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
（2）清理后的测试模型，采用硬度为40~50HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
（3）喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
（4）用着色渗透剂喷涂测试模型观察部位，保持湿润5~10min；
（5）擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
（6）表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
（7）同一组试验参数至少选取20个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价。
所述的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，其中：喷丸结束采用磁粉探伤方式检测该模型各部位的裂纹。
上述的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法的测试模型，其中：该模型为网格型，网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋板采用不同厚度；该模型的裂纹观察部位位于网格过渡处，具有多个。该观察部位根据圆角尺寸、网格筋板的厚薄及应力集中大小确定。该观察部位包括离浇口最近和最远的部位，用来观察气孔和缩孔形成情况。
有益效果：
本发明所涉及模型和试验方法可以有效预测不同材料和工艺参数在精密铸造过程中出现裂纹的趋势，同时还能为铸件圆角尺寸设计提供参考，从而保证铸件结构、铸件材料成分和铸造工艺参数设计的合理性，降低铸件的裂纹缺陷，获得高质量、低成本的精密铸钢件。
附图说明
图1、图2为本发明的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的测试模型结构示意图。
图3为本发明的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的测试模型的裂纹观察部位示意图。
具体实施方式
本发明的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，适用于材料成分和浇铸工艺参数的裂纹敏感性测试，采用网格型测试模型，根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程铸造测试模型，并喷丸，用着色渗透剂喷涂该模型的裂纹观察部位，保持湿润5~10min后清洗观察部位；待该观察部位表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；然后进行裂纹的检测和解剖，同一组试验参数至少选取20个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型不同 观察部位的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价。
其中，如图1、图2所示，该测试模型1的网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋板10采用不同厚度。
裂纹观察部位位于圆角过渡处，具有多个，根据圆角尺寸和网格筋板的厚薄不同所选定。本实施例中选取12个裂纹观察位置，如图3所示的a1-a12；其中：观察部位a5处圆角为R5，属于不易产生裂纹部位；观察部位a7、a8处圆角为R3，应力集中会较大；观察部位a4、a10处圆角为R2，应力集中大，易出现裂纹；观察部位a6、a9处圆角仅R1，应力集中非常明显，是最容易出现裂纹的部位；观察部位a1、a2及a3处为离浇口最近和最远的部位，用来观察气孔和缩孔形成情况。
由于上述观察部位对铸造裂纹的敏感度不同，故可以根据铸件的材料或工艺对裂纹敏感度评价分为五级：以各部位均不出现裂纹为最佳不敏感级（一级）；观察部位a6、a9处出现裂纹，其它处无裂纹为较不敏感级（二级）；观察部位a4、a10处出现裂纹为中等敏感级（三级）；观察部位a7、a8处出现裂纹为敏感级（四级）；观察部位a5处出现裂纹为非常敏感级（五级）。根据该评价可以对材料组分和工艺进行调整，实现工艺优化。
本发明测试方法具体步骤如下：
（1）根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
（2）选取至少10个清理后的测试模型，采用硬度为40~50HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
（3）喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
（4）用着色渗透剂喷涂测试模型观察部位，保持湿润5~10min；
（5）擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
（6）表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
（7）可以选择（3）~（7）步骤用着色裂纹渗透剂进行裂纹的检测，亦可选择磁粉探伤方式检测测试模型各部位的裂纹；同一组试验参数至少选取10个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价。
下面以具体实施例进一步说明本发明的测试方法：
实施例一
根据表1所设计的材料组分和表2所示浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
选取30个清理后的测试模型，并采用硬度为40HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
用着色渗透剂喷涂模型的裂纹观察部位，保持湿润5min；
擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价，具体数据见表3。
表1 实例1材料组分
表2 浇注工艺参数
表3 测试模型的裂纹状况统计与评价（30件）
（注：其它在表中未列出的试样编号，表示试样无裂纹）
实施例二
根据表4所设计的材料组分，浇注工艺参数同实施例一，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
（2）清理后的测试模型选用硬度为45HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
（3）喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
（4）用着色渗透剂喷涂测试模型观察部位，保持湿润10min；
（5）擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
（6）表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
选取30个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价，具体数据见表5。
表4 实例2材料组分
| 牌号 | C（%） | Cr（%） | Mn（%） | Si（%） | S、P（%） | Re（%） |
| 30CrMnSiRe | 0.28 | 0.66 | 1.18 | 0.70 | 均≤0.030 | 0.06 |
表5 测试模型的裂纹状况统计与评价（30件）
（注：其它在表中未列出的试样编号，表示试样无裂纹）
实施例三
根据表6所设计的材料组分，浇注工艺参数同实施例一，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
（2）清理后的测试模型选用硬度为50HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
（3）喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
（4）用着色渗透剂喷涂测试模型观察部位，保持湿润8min；
（5）擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
（6）表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
选取25个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价，具体数据见表7。
表6 实例3材料组分
| 牌号 | C（%） | Cr（%） | Mn（%） | Si（%） | S、P（%） | Re（%） |
| 30CrMnSiRe | 0.32 | 0.65 | 1.07 | 0.85 | 均≤0.030 | 0.04 |
表7 测试模型的裂纹状况统计与评价（25件）
（注：其它在表中未列出的试样编号，表示试样无裂纹）
通过上述试验表明，本发明所涉及模型和试验方法可以有效预测不同材料和工艺参数在精密铸造过程中出现裂纹的趋势，同时还能为铸件圆角尺寸设计提供参考，从而保证铸件结构、铸件材料成分和铸造工艺参数设计的合理性，降低铸件的裂纹缺陷，获得高质量、低成本的精密铸钢件。
Claims (2)
1.一种用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，适用于材料成分和浇铸工艺参数的裂纹敏感性测试，采用网格型测试模型；该模型的网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋板采用不同厚度；根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程铸造该模型并喷丸，确定裂纹观察部位，检测该观察部位裂纹；同一组试验参数选取至少20个模型用于裂纹敏感性评价，统计每个模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价；
该观察部位具有多个，根据圆角尺寸、网格筋板的厚薄及应力集中大小确定；该观察部位包括离浇口最近和最远的部位，用来观察气孔和缩孔形成情况；
选择该模型的圆角过渡处为裂纹观察部位，于喷丸结束后采用着色裂纹清洗剂清洗该模型表面，并由着色渗透剂喷涂该观察部位，待该观察部位表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；然后进行裂纹的检测和解剖；该着色渗透剂喷涂该观察部位保持湿润5～10min后清洗；
该测试方法具体步骤如下：
(1)根据所设计的材料组分和浇注工艺参数，按照正常的精密铸造工艺流程进行测试模型的制造压型——压制蜡模——组树——制壳——脱模——焙烧——熔化浇铸——清理；
(2)清理后的测试模型，采用硬度为40～50HRC的铸钢丸进行喷丸处理，清理后的测试模型表面上不允许存在油脂、污垢、氧化皮、锈、腐蚀生成物、氧化物和其他杂质；
(3)喷丸处理结束，采用着色裂纹清洗剂清洗测试模型表面，包括圆角过渡处；
(4)用着色渗透剂喷涂测试模型观察部位，保持湿润5～10min；
(5)擦去测试模型表面多余的渗透剂，用清洗剂清洗观察部位；
(6)表面干燥后喷涂着色显像剂，显示裂纹缺陷；
(7)同一组试验参数至少选取20个测试模型用于裂纹敏感性评价，统计每个测试模型的不同观察部位处的裂纹数目和裂纹尺寸，汇总后取平均值进行评价。
2.如权利要求1所述的用于精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法，其特征在于：喷丸结束采用磁粉探伤方式检测该模型各部位的裂纹。
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