第八章铸件中的非金属夹杂物

1、第八章第八章 铸件中的非金属夹杂物铸件中的非金属夹杂物 一、非金属夹杂物的分类一、非金属夹杂物的分类 1）简单氧化物）简单氧化物 2）复杂氧化物）复杂氧化物 3）硅酸盐）硅酸盐 4）硫化物）硫化物 5）氮化物）氮化物 二、非金属夹杂物的来源二、非金属夹杂物的来源 1）脱氧、脱硫的产物）脱氧、脱硫的产物 2）非金属物过饱和，析出，残留在金属中）非金属物过饱和，析出，残留在金属中 3）金属与外界物质作用）金属与外界物质作用 4）金属液被大气氧化）金属液被大气氧化 三、非金属夹杂物对铸件质量的影响三、非金属夹杂物对铸件质量的影响 1.对机械性能的影响对机械性能的影响 降低韧性，降低疲劳性降低韧性，降

2、低疲劳性 2.对铸造性能的影响对铸造性能的影响 降低流动性降低流动性 造成热裂造成热裂 促进缩孔促进缩孔 3.有益作用有益作用 与磷共晶提高硬度，增加耐磨性与磷共晶提高硬度，增加耐磨性 球形硫化物改善钢的切削性能球形硫化物改善钢的切削性能 8-2 非金属夹杂物的生成非金属夹杂物的生成 一、非金属夹杂物生成的热力学条件一、非金属夹杂物生成的热力学条件 nmC MeCnMem BTAF 0 0 F 可能性、方向和限度可能性、方向和限度 1.标准自由能标准自由能 2.活度活度 / ln ln 0 0 / ABABA AABAB S S aRTFF aRTFF BABA ABBA 0, 1 00 BA

3、 ABB FFa BA AB FF ? 假设假设: 二、浇注前形成的非金属夹杂物（一次夹杂）二、浇注前形成的非金属夹杂物（一次夹杂） 1.脱氧反应的进行条件脱氧反应的进行条件 yxO MeOyMex y O x Mea a K 1 y O x Mea am y O x Me aam )()( 实际实际 mm / 1 m Q 反应进行条件：反应进行条件：过饱和；过饱和； 脱氧常数脱氧常数 QRTkRTQRTGGlnlnln 0 y O x Me y O x Me aa aa RT m m RT Q k RTG )()( lnlnln 实际实际 mmG 0 证明：证明： mm 2.脱氧元素形成的非

4、金属夹杂物脱氧元素形成的非金属夹杂物 1）脱氧剂不同，不同的夹杂物）脱氧剂不同，不同的夹杂物 MnOSiOMnSi, 2 2）脱氧剂相同，也产生不同的夹杂物）脱氧剂相同，也产生不同的夹杂物 3232 ,OAlFeOOAlAl 41.20 64090 lg 37.93293220 3 2 0 32 T m TF OAlOAl 25.23 77300 lg 36.106328170 )( 4 2 0 32 T m TF OAlFeOlFeOAl T=1873K(1600) 三、浇注时形成夹杂（二次夹杂）三、浇注时形成夹杂（二次夹杂） 1.形成原因形成原因 大气中的氧大气中的氧氧化性气氛氧化性气氛

5、2.影响因素影响因素 1）合金成分：易氧化元素含量，环境氧分压）合金成分：易氧化元素含量，环境氧分压 2）浇注工艺：粗细、高度）浇注工艺：粗细、高度 3）铸型条件：水分）铸型条件：水分 4）液流特征：流动的平稳性）液流特征：流动的平稳性 四、凝固时形成的非金属夹杂物四、凝固时形成的非金属夹杂物 溶质再分配溶质再分配 液相溶质富集液相溶质富集浓度升高浓度升高 过饱和过饱和析出析出 MnSSMn 8-3夹杂物长大、分布和形态夹杂物长大、分布和形态 一、粗化与长大一、粗化与长大 1.长大原因长大原因 碰撞、聚合碰撞、聚合 1）碰撞原因：）碰撞原因： A.夹杂物密度不同，产生上浮或下沉夹杂物密度不同，

6、产生上浮或下沉 B.搅拌作用搅拌作用 C.温度和浓度等导致对流温度和浓度等导致对流 2）碰撞时间：）碰撞时间： 相对速度，垂直距离相对速度，垂直距离 3）碰撞几率：）碰撞几率： 高高 4）碰撞结果：）碰撞结果： 长大；不长大长大；不长大 2.长大条件长大条件 1）同类夹杂）同类夹杂 a.液态夹杂物粘度低，易形成完整球状液态夹杂物粘度低，易形成完整球状 b.液态夹杂物粘度高，易形成多链球状液态夹杂物粘度高，易形成多链球状 2）不同类夹杂）不同类夹杂 若聚合，则能量降低若聚合，则能量降低,形成更为复杂的化合物形成更为复杂的化合物 二、夹杂物的分布二、夹杂物的分布 2.微观区域夹杂微观区域夹杂 a.

7、作为金属非均质形核作用夹杂分布在晶内作为金属非均质形核作用夹杂分布在晶内 b.处在凝固区的高熔点微小夹杂，可能分布在晶内或晶界处在凝固区的高熔点微小夹杂，可能分布在晶内或晶界 1.宏观区域夹杂宏观区域夹杂 集中在冒口或铸件上部、上表面和拐角处集中在冒口或铸件上部、上表面和拐角处 原因：原因：生成的夹杂物密度小；不溶于金属液生成的夹杂物密度小；不溶于金属液 分布于晶内及晶界的热力学判据：分布于晶内及晶界的热力学判据： 0 22121 SSSSSF LCLIICLI LCLIIC 动力学条件：晶体生长速度大于其临界生长速度动力学条件：晶体生长速度大于其临界生长速度 三、夹杂物的形状三、夹杂物的形状

8、 1.晶内晶内 球形，多角形球形，多角形 2.晶界晶界 形态与润湿角（双边角）有关形态与润湿角（双边角）有关 IC CC 22 cos CCIC 2 双边角从双边角从0180变化，由尖角变为球形变化，由尖角变为球形 平衡：平衡： CCIC 2 平衡状态遭到破坏，夹杂物以薄膜分布在晶界上平衡状态遭到破坏，夹杂物以薄膜分布在晶界上 三、夹杂物对性能的影响三、夹杂物对性能的影响 1.球形，对机械性能影响小，尖角、薄膜危害性大球形，对机械性能影响小，尖角、薄膜危害性大 2.越细越分散，分布在晶内，危害性越小越细越分散，分布在晶内，危害性越小 8-4 减少和排除夹杂物的途径减少和排除夹杂物的途径 一、减少一、减少 1.正确选择合金成分，控制易氧化元素的含量正确选择合金成分，控制易氧化元素的含量 2.合理的熔炼及浇注工艺合理的熔炼及浇注工艺 a.保证充型平稳保证充型平稳 b.减少与大气的接触时间减少与大气的接触时间 c.厚大面尽可能不朝上厚大面尽可能不朝上 d.集渣包集渣包 3.真空浇注或在保护气氛下熔炼和浇注真空浇注或在保护气氛下熔炼和浇注 二、排除二、排除 1.粘附去除粘附去除 a.加复合脱氧剂，形成密度小、熔点低的产物，易排除加复合脱氧剂，形成密度小、熔点低的产物，易排除 b.加熔剂，吸收夹杂物加熔剂，吸收夹杂物 2.长大去除长大去除 搅拌，增加夹