一、先弄清:冷裂不是“冷”,是“拉”
把滾燙的金屬液澆進鑄型,外層先收縮,內層還是“熱豆腐”,互相撕扯就產生拉應力。應力>材料當時強度,裂紋就出現了。整個故事的主角是“溫度梯度”,冷鐵只是調節梯度的“水龍頭”。
二、冷鐵太少:梯度陡得像“懸崖”
假設我們不放冷鐵,軋輥外層靠型砂自然散熱,冷卻慢;心部更慢。結果是外表700 ℃、心部1150 ℃的“懸崖”梯度,拉應力峰值出現在輥身中部,裂紋多半在凝固后2~4小時悄悄延伸,外觀卻無明顯征兆?,F場統計:不放冷鐵,φ800 mm以上軋輥冷裂率35 %。
三、冷鐵太多:梯度從“懸崖”變“峽谷”
有人干脆“冷鐵堆成墻”,想一口氣把心部熱量抽走。可惜冷鐵自身不發熱,它的冷卻速度是砂型的10~20倍。結果在冷鐵邊緣出現二次“陡坡”:冷鐵區500 ℃,相鄰砂型區900 ℃,新的高拉應力區被硬生生制造出來,裂紋沿著冷鐵邊界呈環狀分布。某廠曾把冷鐵用量從4 %提到10 %,裂率反而由8 %飆升到28 %,就是踩了這個坑。
四、一張圖看懂“安全島”
把溫度梯度ΔT/Δx(℃·mm?1)做橫軸,冷鐵重量比做縱軸,實測數據畫成“U”形曲線:左右兩端裂率都高,谷底3 %~5 %對應的冷鐵量就是“安全島”。對普通無限冷硬軋輥,冷鐵重量≈(輥身重量×0.06)±10 %,基本落在谷底附近。
五、三步法估算“剛好”冷鐵量
算熱節:用模數法或模擬軟件找出最后凝固區域體積V。
定吸熱目標:把該區域凝固時間縮短20 %~30 %即可,不需要“秒殺”。
換算冷鐵重量:按“1 kg冷鐵吸走0.25 MJ”的經驗系數,反推冷鐵用量,再按U形曲線±10 %微調。現場5分鐘可完成,誤差控制在±15 %以內。
六、布置細節:別讓冷鐵成為“孤島”
間距:兩塊冷鐵間隔≤1.5倍自身厚度,避免中間出現“砂橋”導致梯度反彈。
倒角:冷鐵邊緣做R5~R10 mm倒角,可削減應力集中,裂率再降2 %。
預熱:冷鐵≥80 ℃進型,防止吸熱過猛造成“激冷微裂紋”,這一點常被忽視。
七、結論
冷裂不是簡單的“多”或“少”,而是“梯度是否平順”。冷鐵太少,梯度陡;冷鐵太多,梯度亂。只有用溫度梯度-應力模型把“懸崖”削成“緩坡”,軋輥才能安然過夜。記住U形曲線和三步估算法,下次再聽到“冷鐵到底加不加”的爭吵,你可以把數據拍在桌上:先算熱節,再查谷底,加還是減,一目了然。
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