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学兔兔 Review专题综述 铸件热裂纹研究进展 武永红，李永堂，付建华，贾 璐 (太原科技大学，山西太原 030024) 摘要：热裂纹是铸件在凝固接近结束时形成的一种常见铸造缺陷。热裂纹的出现严重地影响了铸件质 量，降低了生产效率、造成了工业损失、甚至带来安全隐患。本文在分析铸件热裂纹形成机理基础上，对制定 的各种热裂纹判据做了对比分析总结，阐述了铸造合金化学成分、铸造工艺参数、几何参数等因素对热裂形 成的影响；详细分析了当前热裂数值模拟的实现方法，影响数值模拟精度的各种因素，如：模型简化、网格划 分、力学本构模型的建立、数值计算方法及边界条件处理；论述了热裂试验研究的主要内容和实验方法。指 出了今后热裂纹研究的重点与发展方向。 关键词：铸件；热裂纹；本构模型；影响因素；数值模拟；实验研究 中图分类号：TG250．6；文献标识码：A；文章编号：1 006—9658(201 5)06—0007—07 D0I：1 0．3969／j．issn．1 006-9658．201 5．06．003 0 前言 与发展。现代社会对铸件的质量要求越来越高，为 热裂是铸件在凝固过程中出现的危害严重的 了有效地避免实际铸造生产中热裂纹缺陷，有必要 一 种铸造缺陷。在铸造生产过程中，一旦出现热裂， 对热裂形成机理、影响热裂的因素、建立的各种热 需通过补焊或后续机加工来消除，严重者可使产品 裂纹判据及热裂实验研究进行分析和讨论。 报废。对难于观察的内部微裂纹，如果用于工业生 产，可能将产生无法预计的严重后果，给工业生产 1 热裂机理分析 造成具大损失。因此，进行热裂纹形成机理研究、分 热裂在铸件凝固糊状区接近凝固结束时形成， 析铸造工艺参数对热裂纹形成的影响，建立综合全 而金属液凝固是晶粒形核、生长、相互接近接触、桥 面的热裂纹预测判据，对铸件凝固过程热裂纹进行 接最后形成固体骨架的过程。在液相到固相的转变 定性定量数值模拟、预测和控制是优化铸造工艺参 过程中，依据凝固特性定义了几个特定固相体积分 数，改善铸造组织、提高铸件质量及其力学性能的 数n 】： ，开始形成连贯性固体的体积分数； ， 有效途径。多年来许多学者提出了各种热裂纹判 产生非零热应变的体积分数； ，晶粒结合形成固 据，但由于铸造凝固过程是一个受铸件化学成分、 体骨架的体积分数。由此将凝固期间固液两相区分 几何形状、铸造工艺参数等多种因素影响的复杂系 为四个区间：0 ，凝固体积分数较小，形成 的凝固晶粒可在金属液中自由移动；fc ， 统，高温下，一些影响铸造合金热裂的关键性力学 晶粒互相粘着形成连贯性固体枝晶网络，连续液膜 参数不易确定，此外，对热裂机理的研究也不够完 形成，材料表现出一定强度，应力应变可通过枝晶 善。迄今为止还没有一种通用的热裂判据可定性 传递。凝固收缩产生的变形可通过枝晶间液体补 定量地预测不同铸造工艺下铸造合金热裂的产生 缩和晶粒的重新排列而补偿。 _厂 ，对应凝 固的热脆性区域，该区域晶粒开始桥接