凝固缺陷及控制.ppt

《凝固缺陷及控制.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十一章凝固缺陷及控制主要内容：合金中的成分偏析气孔与夹杂的形成机理缩孔缩松的形成与防止凝固收缩、变形与裂纹UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan第一节合金中偏析偏析合金在凝固中发生的化学成分不均匀现象叫偏析。分类：微观偏析：合金微小范围内（约一个晶粒范围）的化学成分不均匀性，如晶内偏析和晶界偏析。宏观偏析：合金凝固断面上各部位的化学成分不均匀性，常有正常偏析、逆偏析和重力偏析等正偏析：负偏析：UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan一、微观偏析晶内偏析晶内偏

2、析是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象。形成机理：1）合金相图上液相线和固相线间隔越大，则先后结晶部分的成分差别越大，晶内偏析越严重。2）偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，晶内偏析倾向越大。3）在其他条件相同时，冷却速度越快，则实际结晶温度越低，原子扩散能力越小，晶内偏析越严重对性能的影响成分不均匀造成性能下降，特别是塑性和韧性成分不均匀造成合金抗腐蚀性能的下降特点：不稳定，通过扩散退火和均匀化退火可以消除UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan晶界偏析晶界偏析晶界与晶内的化学成分不均匀现象；在晶粒与晶粒之间最后凝固部分（即晶界

3、区）积累了更多的低熔点组元和杂质元素。晶界偏析的程度比晶内偏析更为严重，有时在晶界上还会出现一些不平衡的第二相，如低熔点共晶体UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan晶界偏析形成过程UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.TynanAl-0.2%Ce合金的偏析UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan二、宏观偏析1正常偏析单向凝固时的溶质分布曲线•铸件外层纯度高、溶质含量低，内部溶质含量高、杂质集中的区域偏析

4、为正常偏析•机理：冷速较慢，低熔点组元充分向内部聚集•危害：铸件性能不均匀；但可借此对金属提纯•防止：扩散退火无效，提高冷速有效，如降低浇注温度、加速铸件凝固UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan2逆偏析铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即k<1时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上部含溶质较少结晶温度范围宽的固溶体合金和粗大的树枝晶易产生逆偏析，缓慢冷却时逆偏析程度增加。Al-4.7Cu合金的逆偏析UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan3、V

5、形偏析和逆V形偏析特征对于大型钢锭，呈锥形，偏析带中存在大量的C、S、P等杂质形成机理溶质富集产生周期性凝固，并且结晶沉淀在钢锭下部形成负偏析，上部形成正偏析晶粒脱落沉淀，收缩后被富溶质液态填充而形成V形偏析UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan4带状偏析带状偏析的形成特点是它总是和凝固的固-液界面相平行。防止措施：（1）强化冷却（2）加入组织初晶沉浮的合金元素，如Cu-Sb合金中加入Ni，Sb-Sn合金中加入Cu由于重力作用而出现的化学成分不均匀现象。在凝固初期，由于组员密度差异而产生重力偏析。如Cu-Sb合金，Sn-Sb

6、轴承合金等5重力偏析UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan6、区域偏析和层状偏析区域偏析：焊缝熔池凝固时，柱状晶快速长大，是溶质和杂质元素推向焊缝中心，形成中心区域偏析带。易产生裂纹层状偏析：是由于热的周期性作用而引起的意志化学成分不均匀现象原因：结晶潜热和热能的波动，冷却速度慢时偏析较小、冷却快时偏析较严重UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan第二节气孔与夹杂一、气孔因气体分子聚集而在金属中产生的空洞叫气孔原因：液态金属中气体溶解度降低而溢出的分子状态的气

7、泡；侵入气体不被金属溶解形成的气泡。分类：按气体来源：析出性气孔、侵入性气孔和反应性气孔按气体种类：氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔UCSDMAE-1FluidDynamicsFocusAreaLectureNotes,G.R.Tynan1、析出性气孔在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体，来不及从液面排出而形成气孔。分布：冒口附近和热节形状：含气量少时呈裂纹状；含气量高时呈团球状含氢量一）基本概念UCS