铸件成形原理 教学课件 作者 祖方遒 第8章　液态金属与气相和渣相的相互作用.pptx

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1、铸件成形原理第8章　液态金属与气相和渣相的相互作用8.1　铸件成形过程中气体的来源与产生8.2　气体在金属中的溶解8.3　氧化性气体对金属的氧化8.4　气体的影响和控制8.5　熔渣的作用与形成8.6　熔渣的结构及碱度8.7　渣相的物理性质8.8　活性熔渣对金属的氧化8.9　液态金属的脱氧、脱碳、脱硫和脱磷8.1　铸件成形过程中气体的来源与产生8.1.1　气体的来源8.1.2　铸型内的气体8.1.1　气体的来源1.熔炼过程2.浇注过程3.铸型1.熔炼过程表8-1　熔炼过程和铸型中气体的来2.浇注过程浇包未烘干、浇注系统设计不当、铸型透气性差、排气措施不足、浇注速度不当等，都会在浇注时

2、发生喷射、飞溅和涡流而使空气吸入，增加金属中的气体含量。3.铸型液态金属与铸型的相互作用是金属吸收气体的又一途径，型砂中的水分、粘土中的结晶水和有机物在金属液体的热作用下都能产生大量气体。此外，有机物(粘结剂等)的燃烧也会产生大量气体。来自铸型中的气体见表8-1。8.1.2　铸型内的气体1.氧化-分解反应2.气相的平衡3.铸型内的气体成分1.氧化-分解反应(1)水蒸气与合金元素反应　在液态金属的热作用下，铸型中的水分被蒸发，粘土中的结晶水发生分解，此时产生大量的水蒸气。(2)固体碳分解(3)型砂组分分解1.氧化-分解反应经氧化-分解反应后，在液态金属与铸型界面处形成的气相成分主要有C

3、O、CO2、H2O、H2，还有少量的N2和NH3等。在铸型表面残留的固体碳会继续与气相发生相互作用C+O2→2COC+2H2O→CO+H2C+2H2O→CO2+2H2CO2+H2→CO+H2O(8-6)在一定温度下，H2-CO-CO2-H2O气相中各成分应达到平衡浓度，其关系可从式(8-6)得出K=pCOpH2O/pCO2pH2=f(T)(8-7)式中，K为平衡常数，它是温度T的函数；pCO、pCO2、pH2O、pH2是界面上各气相的分压。2.气相的平衡表8-2　平衡常数与温度的关3.铸型内的气体成分表8-3　几种铸型浇注后界面气氛主要成分的平均3.铸型内的气体成分图8-1　铸型

4、内的气体成分与浇注后停留时间的关系a)浇注后2min(C型、湿型)；浇注后1.5min(其他铸型)　b)浇注后5～7min8.2　气体在金属中的溶解8.2.1　气体在金属中的存在形式8.2.2　气体在金属中的溶解度8.2.3　双原子气体在液态金属和合金中的溶解8.2.4　化合态气体在金属和合金中的溶解8.2.1　气体在金属中的存在形式铸件中的气体主要有三种存在形式，即固溶体、化合物和气孔。若气体元素以原子状态固溶于金属基体中，则形成固溶体；若气体与合金中的某元素化合则形成化合物；若气体以分子状态聚集在金属基体内部就形成了气孔。存在于铸造合金中的气体主要是氢、氧、氮及其化合物。氢的原

5、子半径很小，几乎能溶解到各种合金中，不仅能形成一般气孔，还会形成细小的裂缝式气孔，例如，铜铸件中的“氢病”、钢铸件中的“白点”等都是由于氢在低温下析出，造成铸件内部的小裂缝式气孔。氧是活泼元素，能与许多元素形成化合物，如FeO、MnO、SiO2、Al2O3等。氮原子在铸钢及铸铁中有一定的溶解度，其危害比氢小，这是因为氮多以稳定的氮化物形式存在，但在使用含氮树脂砂型时常会在铸件中形成氮气孔［1,5］。氮在铝合金及铜合金中几乎不溶解。8.2.2　气体在金属中的溶解度1.气体的溶解度2.气体的溶解过程1.气体的溶解度在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和程度称为该条件下气体的溶解度。气

6、体溶解度常用每100g金属含有的气体在标准状态下的体积来表示(即mL/100g)，有时也用溶解气体对金属的质量分数(%)表示，它们之间的换算关系是［6］：氢(H)：1.0mL/100g=0.00009%；氮(N)：1.0mL/100g=0.00125%；氧(O)：1.0mL/100g=0.00143%。2.气体的溶解过程1)气体分子向金属-气体界面上运动。2)气体被金属表面吸附。3)气体分子在金属表面上分解为原子。4)原子穿过金属表面层向金属内部扩散。2.气体的溶解过程图8-2　双原子气体的溶解过程示意图图8-3　双原子气体分解度与温度的关系2.气体的溶解过程8.2.3　双原子气体

7、在液态金属和合金中的溶解1.温度对气体溶解度的影响2.压力对气体溶解度的影响3.合金元素对气体溶解度的影响1.温度对气体溶解度的影响(1)氢、氮在铁基合金中的溶解度(2)氢在Cu、Al、Mg等金属及合金中的溶解度　氢在Cu、Al、Mg等金属及合金中的溶解过程也是吸热反应，故其溶解度亦随温度升高而增大。1.温度对气体溶解度的影响图8-4　气体溶解度与热效应1.温度对气体溶解度的影响0805.TIF1.温度对气体溶解度的影响表8-4　氮和氢在金属或合金中的溶解