液态成形件的主要缺陷及质量控制

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1、第八章液态成形件的主要缺陷及质量控制凝固缺陷是金属在冷却凝固过程中极易出现的一类缺陷，它们以不同的类型和形态存在于固态金属中，对金属的性能产生不同程度的影响。本章主要介绍缩孔与缩松、气孔与夹杂、偏析和应力、变形、裂纹等重要凝固缺陷的形成机理、影响因素及控制措施。液态金属体积收缩缩孔缩松热裂纹变形冷裂纹气体元素杂质元素化合物夹杂气泡气孔过饱和析出降温凝固受拘束应力滞留成分偏析非平衡凝固低熔点共晶冷却凝固体积收缩缩孔缩松应力热裂纹变形冷裂纹§8-1缩孔与缩松§8-2气孔与夹杂§8-3应力、变形及裂纹§8-4偏析（化学成分的不均匀性）§8-1缩孔与缩松一、金属的收缩二、缩孔与缩松的分类及特征

2、三、缩孔与缩松的形成机理四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞。容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。收缩：金属在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的体积减小现象，称为收缩，它是金属本身的物理性质，是引起缩孔、缩松、应力、变形、热裂和冷裂等缺陷的基本原因。一、金属的收缩液态收缩阶段（I）、凝固收缩阶段（II）、固态收缩阶段（III）液态收缩阶段(t浇tL)凝固收缩阶段(tLts或t共起t共终)固态收缩阶段(tst室）金属的收缩三个阶段金属从浇注温度冷却到室温所产生的体收缩为液态收缩、凝固收缩和固态

3、收缩之和，即εV总＝εV液＋εV凝＋εV固（εV为体收缩率）其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩是铸件产生应力、变形和裂纹的基本原因。二、缩孔与缩松的分类及特征缩孔主要有内缩孔和外缩孔两种形式。外缩孔出现在铸件的外部或顶部，一般在铸件上部呈漏斗状，铸件壁厚很大时，有时会出现在侧面或凹角处（图a、b）；内缩孔产生于铸件内部（图c、d），孔壁粗糙不规则，可以看到发达的树枝晶末梢，一般为暗黑色或褐色。1.缩孔a）明缩孔b）凹角缩孔c）芯面缩孔d）内部缩孔缩孔特点常出现于纯金属、共晶成分合金和凝固温度范围较窄的以逐层凝固方式凝固的铸造合金中；多集中在铸件的上部和最后

4、凝固的部位；铸件厚壁处、两壁相交处及内浇口附近等凝固较晚或凝固缓慢的部位（称为热节），也常出现缩孔；缩孔尺寸较大，形状不规则，表面不光滑。2.缩松按其形态分为宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松）两类。缩松：多出现于凝固温度范围较宽的合金中，常分布在铸件壁的轴线区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。显微缩松：则在各种合金铸件中或多或少都会存在，一般出现在枝晶间和分枝之间，与微观气孔难以区分，只有在显微镜下才能观察到。铸件热节处的缩孔与缩松缩松的特点缩松多出现于凝固温度范围较宽的合金中；显微缩松一般出现在枝晶间和分枝之间；常分布在缩孔附近或铸件厚壁的中心部位；缩孔和缩松的危害：铸件中存

5、在的任何形态的缩孔和缩松，都会减小铸件的受力面积，在缩孔和缩松的尖角处产生应力集中，使铸件的力学性能显著降低。此外，缩孔和缩松还会降低铸件的气密性和物理化学性能。因此，必须采取有效措施予以防止。三、缩孔与缩松的形成机理1.缩孔的形成2.缩松的形成1.缩孔的形成机理纯金属、共晶成分合金和凝固温度范围窄的合金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件最后凝固的部位形成尺寸较大的集中缩孔。铸件中缩孔形成过程示意图2.缩松的形成机理凝固温度范围较宽的合金，一般按照体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发

6、达的树枝晶。当固相达到一定数量形成晶体骨架时，尚未凝固的液态金属便被分割成一个个互不相通的小熔池。在随后的冷却过程中，小熔池内的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的金属则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小孔洞又得不到外部液体的补充，便在相应部位形成了分散性的细小缩孔，即缩松。铸铁铸件的缩孔和缩松四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施1.影响缩孔与缩松的因素2.防止铸件产生缩孔和缩松的途径1.影响缩孔与缩松的因素金属的性质铸型的冷却能力浇注温度与浇注速度铸件尺寸（1）金属的性质金属的液态收缩系数αV液和凝固收缩系数αV凝越大，缩孔及缩松容积

7、越大。金属的固态体收缩系数αV固越大，缩孔及缩松容积越小。（2）铸型条件铸型的激冷能力越大，缩孔及缩松容积就越小。因为铸型激冷能力越大，越易造成边浇注边凝固的条件，使金属的收缩在较大程度上被后注入的金属液所补充，使实际发生收缩的液态金属量减少。（3）浇注条件浇注温度越高，金属的液态收缩越大，则缩孔容积越大；浇注速度越缓慢，浇注时间越长，缩孔容积就越小。（4）铸件尺寸铸件壁厚越大，表面层凝固后，内部的金属液温度就越高，液态收缩就越大，则缩孔及缩松