铸件成形原理 教学课件 作者 祖方遒 第10章　气孔和夹杂的形成与控制.pptx

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1、铸件成形原理第10章　气孔和夹杂的形成与控制10.1　引言10.2　铸件中的气孔10.3　铸件中的夹杂10.1　引言1.气体对铸件质量的影响2.非金属夹杂物对铸件质量的影响1.气体对铸件质量的影响铸造合金中的气体元素主要有三种存在状态：①以分子态存在于铸件中，形成气孔；②以原子态溶解在金属中，形成固溶体；③与金属中其他元素形成化合物。气孔是铸件中一种最常见的缺陷，它作为一种孔洞，破坏了铸件微观结构的连续性，减小了有效承载面积，并在其周围造成局部应力集中，成为零件断裂的裂纹源，显著降低铸件的强度、塑性、疲劳极限和断裂韧度。气孔被认为是对抗疲劳与抗断裂性能

2、最有害的缺陷之一［1］。气孔在铸件中的存在部位与形状不同，对铸件性能的影响也有区别。位于铸件中心的大气泡，可能对力学性能和疲劳强度的影响并不大，但是接近于表面的非常小的气泡却能产生显著的影响；气孔形状越不规则，尖角处的应力集中效应越显著，对铸件力学性能破坏越大；另外，弥散性气孔导致铸件组织不致密，使铸件气密性降低。2.非金属夹杂物对铸件质量的影响宏观夹杂物对铸件质量影响较大，为了获得优质铸件，对铸件宏观夹杂物的数量、大小等有较严格的检验标准。但是，各种“合格”的铸件中除了含有宏观非金属夹杂物之外，通常不可避免地含有107~108/cm3数量级的微观夹杂

3、物，严重影响铸件的力学性能。夹杂物的存在会降低铸件的塑性、韧性和疲劳极限。夹杂物对铸件质量的影响取决于其类型、形状、大小、分布和数量等因素。10.2　铸件中的气孔10.2.1　气孔的分类及特征10.2.2　气体在金属中的析出10.2.3　析出型气孔10.2.4　侵入型气孔10.2.5　反应型气孔10.2.1　气孔的分类及特征1.析出型气孔2.侵入型气孔3.反应型气孔1.析出型气孔图10-1　析出型气2.侵入型气孔1)铸型(型芯)中的水分、添加物或树脂粘结剂在高温金属液的作用下汽化、分解或燃烧所产生的气体侵入金属液，侵入型气孔大多是由于这种原因造成的。

4、2)浇注系统设计不合理，在浇注过程中由浇口、型腔卷入金属液的气体。3)金属液和冷铁、芯撑等表面的水分、氧化皮相互作用而产生的气体侵入金属液。2.侵入型气孔图10-2　侵入型气3.反应型气孔金属液与铸型、熔渣之间或金属液内部某些元素、化合物之间发生化学反应而产生气体，形成气泡所产生的气孔称为反应型气孔。金属与砂型、砂芯、冷铁等外部因素之间发生反应生成的气孔通常分布在铸件表面皮下1~3mm，经清理或机加工后会清晰地显露出来，形状有球形或梨形，孔径为1~3mm，但多呈长条状垂直于铸件表面，深度可达10mm，这类气孔亦称为皮下气孔或皮下针孔。金属内部的化学元

5、素之间或组元与非金属夹杂物之间发生反应也会产生反应型气孔，一般为蜂窝状，呈梨形或球团形均匀分布。这类反应型气孔通常出现在薄壁铸件的底面或厚壁铸件的上表面，铸件粘砂部位和浇冒口附近较多。10.2.2　气体在金属中的析出1.金属液中气体的析出2.气泡的上浮3.溶质再分配与气体析出的关系1.金属液中气体的析出(1)气泡的形核过程　金属液中气泡的形核条件为：①气体处于过饱和状态且有析出分压力；②气泡内的分压力之和大于局部的外部阻力。(2)气泡的长大过程　当气体在金属液中有足够大的过饱和度、析出压力足以克服外部阻力时，气泡才能稳定存在并继续长大。1.金属液中气体

6、的析出图10-3　气体溶解度与温度及热效应关系示意图1—溶解吸热过程　2—溶解放热过程2.气泡的上浮图10-4　气泡脱离衬底表面示意图a)θ<90°　b)θ>90°3.溶质再分配与气体析出的关系图10-5　金属凝固时气体在固相及液相中的浓度分10.2.3　析出型气孔1.析出型气孔的形成机理2.形成析出型气孔的主要影响因素3.防止和减少析出型气孔的途径1.析出型气孔的形成机理析出型气孔的形成机理为：在合金的冷却凝固过程中，由于温度的降低和液态向固态的物态变化，使得气体溶解度急剧下降，并由于溶质再分配，气体溶质在固-液界面前方的液相中富集，当其浓度达到过

7、饱和时，会产生很大的析出动力，气体在现成的衬底上析出，并形成气泡，保留在铸件中成为析出型气孔。显然，析出型气孔不但取决于金属液中的气体浓度，还与合金的结晶特性紧密相关。2.形成析出型气孔的主要影响因素(1)液态合金的原始气体溶质浓度C0C0越大，凝固前沿液相中气体的溶质浓度越高，气体越容易达到过饱和状态，越容易形成析出型气孔。(2)合金的结晶特点　在原始含气量一定的条件下，合金的平衡分配系数K0决定了凝固时液相气体溶质的富集程度，在K0<1的情况下，气体元素向液相中富集，K0偏离1越远，液相中的气体越容易富集，气体也越容易达到过饱和而析出气孔。(3)合

8、金成分　合金成分决定合金的收缩值及结晶温度范围，收缩量大、结晶温度范围宽的合金在凝固时易形成封