气孔与夹杂解析PPT学习教案

1、会计学1 气孔与夹杂解析气孔与夹杂解析 2 10.2 气孔与夹杂物气孔与夹杂物 1、气孔、气孔 气孔的形成机理气孔的形成机理 气孔的分类及特征气孔的分类及特征 析出性气孔析出性气孔 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体 来不及逸出而产生的气孔。多集中在冒口附近和热节等温度较来不及逸出而产生的气孔。多集中在冒口附近和热节等温度较 高的区域。高的区域。氢气孔和氮气孔氢气孔和氮气孔 第1页/共27页 3 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 1、气孔、气孔 气孔的分类及特征气孔的分类及特征 浸入性气孔浸入性气孔 在高温液态金属作用下

2、铸型和型芯等产生的气体，浸入在高温液态金属作用下铸型和型芯等产生的气体，浸入 金属内部所形成的气孔。金属内部所形成的气孔。 常出现在铸件表层或近表层；常出现在铸件表层或近表层； 一般是水蒸气、一般是水蒸气、CO、CO2、H2、CnHn。 反应性气孔反应性气孔 金属液与铸型之间，金属液与熔渣之间或金属液内部某些元素金属液与铸型之间，金属液与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所产生的气孔。化合物之间发生化学反应所产生的气孔。 金属液与铸型反应产生的气孔常分布在铸件皮下金属液与铸型反应产生的气孔常分布在铸件皮下13mm处，处， 皮下气孔，经加工或清理后露出来；皮下气孔，经加工或清理

3、后露出来； 第2页/共27页 4 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 2、夹杂物、夹杂物 夹杂物的来源及分类夹杂物的来源及分类 夹杂物来源夹杂物来源原材料本身原材料本身 熔炼、处理时产生熔炼、处理时产生 反应生成；反应生成； 转包及浇注过程中产生的转包及浇注过程中产生的 夹杂物分类夹杂物分类 按夹杂物来源按夹杂物来源 内生夹杂物内生夹杂物 外生夹杂物外生夹杂物 按夹杂物组成按夹杂物组成 氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等 按夹杂物形成时间按夹杂物形成时间 初生夹杂物初生夹杂物 次生夹杂物次生夹杂物 二次氧化夹杂物二次氧化夹杂物 按夹杂物形状按夹杂物形状 第3页/共2

4、7页 5 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 2、夹杂物、夹杂物 夹杂物对金属性能的影响夹杂物对金属性能的影响 n 夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降；夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降； n 尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低冲击韧性和疲劳强度；尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低冲击韧性和疲劳强度； n 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂；易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； n 促进气孔的形成促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核；，既能吸附气体，又促使气泡形核； n 在某些情况下，也可利用夹杂物改善金属的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨

5、性以及细化金属组织等。在某些情况下，也可利用夹杂物改善金属的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。 第4页/共27页 6 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 2、夹杂物、夹杂物 一次一次夹杂物的形成及防止措施夹杂物的形成及防止措施 一次夹杂物来源一次夹杂物来源 夹杂物的偏晶析出夹杂物的偏晶析出 L1L2+AmBn FeL1FeL2 + SiO2 例钢水脱氧加入硅铁后：例钢水脱氧加入硅铁后： 夹杂物的聚合长大夹杂物的聚合长大 夹杂物粒子的碰撞和聚合夹杂物粒子的碰撞和聚合 3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2 SiO2+FeO FeSiO3 防止措施防止措施 熔炼法熔炼

6、法 过滤法过滤法 第5页/共27页 7 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 2、夹杂物、夹杂物 二次二次夹杂物的形成及防止措施夹杂物的形成及防止措施 二次夹杂物的形成二次夹杂物的形成浇注过程中能够产生的浇注过程中能够产生的 影响二次氧化夹杂物形成的因素影响二次氧化夹杂物形成的因素 化学成分化学成分 金属液流金属液流 轴承钢：轴承钢： 刚出炉时钢水中的含氧量刚出炉时钢水中的含氧量1636ppm； 浇包中钢水的含氧量增至浇包中钢水的含氧量增至24 44ppm； 铸件含氧量：铸件含氧量：37 48ppm。 与大气接触机会与大气接触机会 接触面积接触面积 接触时间接触时间 表面氧化物表面氧化物 第6页/

7、共27页 8 10.2气孔与夹杂物气孔与夹杂物 2、夹杂物、夹杂物 二次二次夹杂物的形成及防止措施夹杂物的形成及防止措施 防止和减少二次氧化夹杂物的途径防止和减少二次氧化夹杂物的途径 正确选择合金成分，严正确选择合金成分，严 格控制易氧化元素的含量；格控制易氧化元素的含量； 严格控制铸型水分，加严格控制铸型水分，加 入煤粉等碳质材料或采用入煤粉等碳质材料或采用 涂料形成还原性气氛；涂料形成还原性气氛； 采用合理的浇注工艺及采用合理的浇注工艺及 浇冒口系统，保持金属液浇冒口系统，保持金属液 充型过程平稳流动；充型过程平稳流动； 加熔剂、采用复合脱氧加熔剂、采用复合脱氧 剂、过滤法等。剂、过滤法等

8、。 第7页/共27页 次生夹杂物 n 次生夹杂物是指合金凝固过程中，由于偏析， 溶质元素及杂质元素将富集于枝晶间尚未凝固的 液相内，处于过饱和状态而发生偏晶反应： L1L2 ，析出非金属夹杂物。由于夹杂物 是从偏析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。 第8页/共27页 10 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念 二元合金收缩过程示意图二元合金收缩过程示意图 a）合金相图）合金相图 b）有一定结晶温度范围的合金）有一定结晶温度范围的合金 c）恒温凝固的合金）恒温凝固的合金 a）c）b） 成分成分/体收缩率体收缩率/体收缩率体收缩率/ nm AB 温温 度度

9、/ 温温 度度 / 温温 度度 / T浇 浇 II IIII mn IIIIII 液态收缩液态收缩 凝固收缩凝固收缩 固相收缩固相收缩 凝固收缩凝固收缩 定义：定义：铸件合金在液态、凝固态和固态 的冷却过程中，所发生的体积缩小的现 象称为收缩； 第9页/共27页 11 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念 液态收缩液态收缩(T(T浇 浇-T -TL L) ) v v液 液 v v液 液(T (T浇 浇-T -TL L) )100100 原因：原因：气体排出；空穴减少；原子间间距减小气体排出；空穴减少；原子间间距减小。 液态体收液态体收 缩率（缩率（%） 金属的液态体金属的液态体 收缩系数

10、收缩系数 影响因素影响因素：合金成分、温度、气体合金成分、温度、气体 和夹杂物含量等；和夹杂物含量等； （ 浇液液 100) LVV TT 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第10页/共27页 12 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念 凝固收缩凝固收缩(T(TL L- - T T固 固) ) 纯金属和共晶合金：纯金属和共晶合金：凝固期间的体收缩只是由于凝固期间的体收缩只是由于 状态的改变，而与温度无关；状态的改变，而与温度无关； 结晶温度范围合金：结晶温度范围合金：收缩率既与状态改变时的体积收缩率既与状态改变时的体积 变化有关，又与温度范围有关；变化有关，又与温度范围有关； 原因：原因：

11、空穴减少；原子间间距减小。空穴减少；原子间间距减小。 （ ）（凝 100) )( SLSLVSLVV TT 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 温度温度 体积体积 第11页/共27页 13 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念 凝固收缩凝固收缩(T(TL L- - T T固 固) ) 此两种收缩此两种收缩在外部表现皆为体积减小，一般表现为在外部表现皆为体积减小，一般表现为 液面降低，因此称为体积收缩液面降低，因此称为体积收缩,是铸件产生缩孔和缩是铸件产生缩孔和缩 松的基本原因。松的基本原因。 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第12页/共27页 14 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念

12、 固态收缩固态收缩(T(T固 固) ) v固 固 = v固固 (Ts-T0) 100% l = l (Ts-T0)100% v3l ，v3l 固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。 液态收缩和凝固收缩是铸件产生液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松缩孔和缩松的基本原因的基本原因 。而固相收缩对。而固相收缩对应力、变形与裂纹应力、变形与裂纹影响较大。影响较大。 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第13页/共27页 15 1、金属收缩的基本概念、金属收缩的基本概念 金属从浇注温度冷却到室温所产生的体积收缩：金属从浇注温度冷却到室温

13、所产生的体积收缩： v总 总= v液液 + v凝凝 + v固固 不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，由于石墨的比容大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀，抵销了合金的部分收缩不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，由于石墨的比容大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀，抵销了合金的部分收缩(一般每析出一般每析出1%的石墨，铸铁体积约增加的石墨，铸铁体积约增加2%)。 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第14页/共27页 16 2、缩孔与

14、缩松的分类及特征、缩孔与缩松的分类及特征 缩孔缩孔 内缩孔内缩孔 外缩孔外缩孔 常出现在铸件的外部 或顶部，一般在铸件 上部呈漏斗状。 产于铸件内部，孔壁 粗糙不规则，有时可 见发达的树枝晶 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第15页/共27页 17 3、缩孔与缩松的形成机理、缩孔与缩松的形成机理 形成原因：形成原因：合金液态收缩和凝固收缩大于固态收缩值； 形成条件：形成条件：铸件由表及里逐层凝固； 缩孔的形成缩孔的形成 形成过程：形成过程： 动画动画 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第16页/共27页 18 4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 措施措施 基本原则

15、：基本原则：针对该合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺，使铸件在凝固过程中建立良好补缩条件，尽可能使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在铸件最后凝固的地方尽可能使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在铸件最后凝固的地方。这样，在铸件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使缩孔集中于冒口中，或者把浇口开在最后凝固的地方直接补缩，就可以获得健全的铸件。 第一，尽量选择凝固区域较窄的合金，尽量选择凝固区域较窄的合金，使合金倾向于逐层凝固，从根本上解决缩松的生成条件； 第二，对一些凝固区域较宽的合金，可采用增大凝固的温度梯度办法可采用增大凝固的温度梯度办法，使合金尽可能地趋向于逐层凝固。 (1) (1) 使缩松转化为

16、缩孔的方法使缩松转化为缩孔的方法 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第17页/共27页 19 4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 措施措施 要使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件建立良好的补缩条件，主要是通过控制铸件的凝固方向使之符合“定向凝固原则定向凝固原则”。 (2) (2) 防止缩孔的方法防止缩孔的方法 在铸件上远离冒口或浇口的部分到冒口或浇口之间 建立递增的温度梯度； 10.3 缩孔与缩松缩孔与缩松 第18页/共27页 20 4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 措施措施 优点：优点： 冒口补缩作用好，可以防止缩孔和缩松，铸件

17、致密； 适用于凝固收缩大，结晶温度范围较小的合金； 缺点：缺点： 温差 热裂 应力和变形； 出品率低，费工； 图4-3 定向凝固原则定向凝固原则 第19页/共27页 21 4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 措施措施 铸造热应力是由于铸件壁厚有大小，冷却有先后，致使铸件收缩不一致而形成。防止热应力和变形的方法是采用同时凝固原则防止热应力和变形的方法是采用同时凝固原则。 （3 3）防止应力和变形的方法）防止应力和变形的方法 铸件结构各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分 同时凝固。 第20页/共27页 22 4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施、影响缩孔与缩松的因

18、素及防止措施 措施措施 （4 4）两种凝固原则应采用的工艺措施）两种凝固原则应采用的工艺措施 正确布置浇注系统的引入位置， 确定合理的浇注工艺 铸件顶部设置冒口并采用顶注时，应采用高温慢浇， 以加强顺序凝固； 同时凝固时，内浇道应从铸件薄壁处引入，增加内 浇道数目，采用低温快浇； 第21页/共27页 23 受拘束受拘束 瞬时应瞬时应 力与应力与应 变变 完全冷却后完全冷却后 残余应残余应 力与变力与变 形形 4.3应力、变形及裂纹应力、变形及裂纹 热膨胀热膨胀 或收缩或收缩 热应力热应力（自身拘束）（自身拘束） 机械阻碍应力机械阻碍应力 （外部拘束）（外部拘束） 固态相变固态相变 （伴随比容变化）（伴随比容变化） 受阻受阻 受阻受阻 相变应力相变应力 第22页/共27页 4.3应力、变形及裂纹应力、变形及裂纹 1、应力、应力 应力的产生及分类应力的产生及分类 热应力热应力 由于温度场不均匀引起的。由于温度场不均匀引起的。 第23页/共27页 25 4.3应力、变形及裂纹应力、变形及裂纹 1、应力、应力 应力的控制措施应力的控制措施 n减小和消除残余应力减小和消除残余应力 热处理法（人工时效）热处理法（人工时效） 振动法振动法 自然时效自然时效 将铸件或焊件在共振