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Medidas de prevención y control de defectos de agrietamiento en caliente en piezas fundidas de acero en arena de resina

2025-09-15 09:27
El agrietamiento por calor es un defecto frecuente en la fabricación de piezas fundidas de acero de paredes delgadas y formas complejas con arena de resina, especialmente arena de resina de furano. Este problema surge de una combinación de factores, como la composición de la aleación, el proceso de fundición, los materiales de moldeo y la estructura de la pieza. Para evitar o reducir eficazmente el agrietamiento por calor, es esencial implementar medidas de prevención específicas y multidimensionales. A continuación, se detallan las principales soluciones:
1. Optimización de la composición de la aleación: abordar los riesgos de agrietamiento en caliente en la fuente
La composición química de la aleación determina directamente las propiedades mecánicas a alta temperatura y las características de solidificación del acero fundido, lo que la convierte en un factor crítico para el control del agrietamiento en caliente. Las medidas clave incluyen:
  • Control estricto del contenido de azufre y la morfología del sulfuro:Mantener el contenido de azufre en las piezas fundidas por debajo de0,03%y previenen la formación de sulfuros de tipo II. En las piezas de fundición de acero, los sulfuros existen en tres formas: tipo II (esféricos, inofensivos), tipo II (distribuidos a lo largo de los límites de grano en un patrón discontinuo, con alta propensión a la formación de grietas) y tipo III (en forma de tira, de bajo riesgo). Ajuste de larelación manganeso-azufre (Mn/S)ayuda a formar sulfuros esféricos tipo Ⅰ, minimizando los sulfuros tipo Ⅱ.

  • Restricción del efecto sinérgico del azufre y el fósforo:Para piezas fundidas de acero al carbono, asegúreseS + P ≤ 0,07%El fósforo reduce significativamente la plasticidad del acero a alta temperatura y su combinación con azufre amplifica los riesgos de agrietamiento en caliente, lo que requiere el control simultáneo de ambos elementos.

  • Control del contenido residual de aluminio:Cuando utilice aluminio para desoxidar, mantengaaluminio residual (Al_residual) ≤ 0,1%El exceso de aluminio residual conduce a la formación de Al₂S₃ o AlN, lo que produce una fractura tipo roca en el acero y reduce drásticamente la resistencia al agrietamiento en caliente de las piezas fundidas.

  • Refinamiento del grano para mejorar la resistencia al agrietamiento: Agregartierras raras + calcio-silicioSe añaden inóculos compuestos al acero fundido. Esto no solo logra la desoxidación y la desulfuración, sino que también refina los granos mediante nucleación heterogénea. Las pruebas realizadas con acero NiCrMoV muestran que el acero fundido tratado con tierras raras y calcio-silicio exhibe...Más del doble de resistencia al agrietamientoen comparación con el acero sin tratar, ya que los granos refinados dispersan la tensión de contracción y reducen el agrietamiento intergranular.

2. Mejora del proceso de fundición: reducción de la concentración de tensiones durante la solidificación
Los parámetros de fundición afectan directamente la velocidad de llenado y solidificación del acero fundido. Para garantizar un llenado adecuado, optimizar los parámetros es crucial para reducir la tensión de contracción:
  • Reducción de la temperatura de vertidoMinimizar la temperatura de vertido del acero fundido, garantizando al mismo tiempo el llenado completo de la pieza. Para acero al carbono con un contenido de carbono del 0,19 %, la resistencia al agrietamiento en caliente a 1550 °C es casi...dobleA 1600 °C, las temperaturas de vertido excesivamente altas prolongan el tiempo de solidificación, aumentan el tiempo de residencia de la pieza fundida en la zona frágil de alta temperatura y amplían la diferencia de temperatura entre la pieza fundida y el molde, lo que aumenta la tensión de contracción.

  • Aumento de la velocidad de vertido para piezas fundidas de paredes delgadasPara piezas fundidas de paredes delgadas (p. ej., una pieza de acero de 125 kg con un espesor de pared de 15 mm), se requiere una mayor velocidad de vertido para evitar grietas causadas por gradientes de temperatura excesivos durante la solidificación. Las pruebas demuestran que no se producen grietas en caliente cuando el tiempo de vertido se controla a 14 segundos, mientras que aparecen grietas evidentes cuando se extiende a 40 segundos.

  • Instalación de nervaduras antigrietas: Añada nervaduras antifisuras en zonas propensas a agrietarse (p. ej., transiciones de espesor de pared y esquinas). Estas nervaduras redirigen y dispersan la tensión, lo que constituye un método directo y eficaz para prevenir el agrietamiento por calor.

  • Apertura oportuna del molde:Abra el molde de arena inmediatamente después de que la pieza fundida se solidifique para liberar las restricciones en la pieza fundida, reduciendo la tensión interna causada por la contracción restringida y disminuyendo los riesgos de agrietamiento en caliente.

3. Optimización del material de moldeo: mejora de la amortiguación de los moldes a altas temperaturas
El rendimiento de la arena de resina a alta temperatura (p. ej., amortiguación, expansión, penetración de azufre) afecta significativamente el agrietamiento en caliente. Las mejoras deben centrarse en la selección y modificación del material:
  • Mejorando el rendimiento de la resina a altas temperaturas:Reducir la dosis de resina o modificar la resina de furano para mantenertermoplasticidadA altas temperaturas, minimizando la coquización (la coquización endurece y quebra el molde, sin amortiguación). Esto garantiza que el molde tenga suficiente espacio para la contracción de la fundición.

  • Mejora de la amortiguación del moldeAgregue aditivos como harina de madera o perlas de espuma a la arena de resina de furano, o coloque bloques de amortiguación de plástico en las zonas donde la contracción de la colada es más limitada para mejorar la compresibilidad del molde a altas temperaturas.núcleos de arena huecosPara reducir el espesor de los machos de arena (moldes), se disminuyeron las restricciones del molde en la pieza fundida. Por ejemplo, el agrietamiento por calor en la pieza fundida de una válvula se eliminó por completo simplemente reduciendo el espesor de la arena del macho y mejorando las conexiones del marco del macho.

  • Cómo evitar las microfisuras inducidas por la penetración de azufre: Usaragentes de curado con ácido fosfóricoEn lugar de los basados ​​en ácido sulfónico, estos agentes de curado facilitan la penetración de azufre en la superficie de la pieza fundida, lo que forma microfisuras (puntos de inicio de grietas), mientras que los agentes de curado con ácido fosfórico previenen eficazmente la penetración de azufre. Además, utilice recubrimientos a prueba de azufre en la superficie del molde para bloquear la infiltración de azufre en la pieza fundida.

  • Selección de materiales de moldeo de baja expansión:Reemplace la arena de cuarzo (que tiene una alta tasa de expansión de volumen a altas temperaturas y ejerce fácilmente una tensión de compresión sobre la pieza fundida) con materiales de baja expansión comoarena de cromitapara reducir las restricciones de expansión del molde en la pieza fundida.

  • Utilizar medidas de enfriamiento de forma adecuada:Coloque enfriadores o adopte otros métodos de enfriamiento en áreas propensas a agrietarse para ajustar la secuencia de solidificación de la pieza fundida, evitando así la tensión concentrada debido a la solidificación lenta en regiones locales.

4. Optimización de la estructura de fundición: reducción de los riesgos de estrés en el diseño
Si bien la estructura de fundición la determinan los diseñadores, los ajustes a los detalles se pueden negociar con los departamentos de diseño para reducir las dificultades del proceso de fundición:
  • Agrandar filetes de esquinaEvite las esquinas afiladas (que concentran fácilmente la tensión y son zonas de alto riesgo de agrietamiento por calor). Cambie los ángulos rectos o filetes pequeños por filetes con R ≥ 3 mm.

  • Optimizar las transiciones del espesor de la paredEvite cambios repentinos en el espesor de las paredes (p. ej., transiciones graduales de paredes gruesas a delgadas). Adopte estructuras de transición graduales para reducir las tasas de solidificación desiguales causadas por las diferencias de espesor y reducir la concentración de tensiones.


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