第七章-铸件中的气体课件

第七章铸件中的气体

7-1概述固溶态、化合物和气态4.浇注过程一、气体存在形态二、气体的来源2.熔炼1.炉料3.合金与铸型的相互作用2三、气体溶解度的表示方法1.气体溶解度在一定温度和该气体分压下，金属吸收气体的饱和浓度2.常用表示方法100g金属所能溶解的气体在标准状态下的体积氢：1.0cm3/（100g）＝0.9ppm氧：1.0cm3/（100g）＝12.5ppm氮：1.0cm3/（100g）＝14.3ppmcm3/（100g）:质量分数ppm：3四、气体对铸件质量的影响5.降低铸件的气密性1.减少铸件的有效工作面2.产生应力集中，成裂纹源3.降低铸件的强度和塑性4.降低铸件的疲劳强度47-2气体在金属中的溶解与析出一、金属的吸气过程气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为原子，并吸附在金属表面上，经扩散进入金属内部，最后，已溶解的气体原子在金属内均匀化。二、单质气体在金属中的溶解影响溶解度的主要因素温度和气体压力金属蒸汽压合金成分定义：51.温度和气体压力的影响H对Fe、Cu、Al、Mg、Ni、Cr、Co等是吸热，N对α-Fe以及后续金属也是吸热氢对Ti、V、Zr、Pd、Th等金属溶解是放热1）T定值，p增大；S增大2）p定值，T变化T增大，吸热（△Ｈ＞０）S增大a.无相变T增大，放热（△Ｈ＜０）S减小b.有相变相变前后，S变化规律跟无相变相同；升温到T0相变，S徒然增大局限性：金属液温度接近沸点时，其溶解度逐渐降低，在沸点时，气体的溶解度为零。62.金属蒸汽压的影响蒸汽压大，金属易挥发，如Mg，Zn等；蒸汽压小，金属难挥发，如Fe-C、Cu等气体在金属中的溶解度随金属蒸汽压的升高而降低9102）形成化合物与金属生成稳定化合物，不溶金属，失去吸气能力，溶解度降低与气体生成稳定化合物，溶于金属，溶解度增大3）元素对表面膜的影响元素使表面膜疏松——吸气加快Mg，Na，Ca加入到Al合金元素使表面膜致密——吸气减慢Be加入到Al－Mg合金114）合金液与蒸汽接触作用金属脱氧能力强，从蒸汽中还原氢原子，溶解，增加吸气如：铁液中的微量铝，能起到增氢5）提高合金的蒸汽压如：镁在铁液中易挥发，提高铁水的蒸汽压，降低气体溶解度12三、复合气体在金属中的溶解复合气体：CO,CO2,H2O,NH3,SO2特点：组元彼此相关温度一定，氢的饱浓度随分压增大而增大，随氧含量的增加而减少。13四、气体的析出析出形式扩散逸出与金属内的某些元素形成化合物（夹杂排除）以气泡形式从金属液中逸出1.扩散逸出吸热：温度下降越低，气体析出分压力越大，溶解的气体越处于饱和状态，气体越易向外扩散。142.以气泡形式从金属液中析出析出过程生核长大上浮1）生核前提条件：溶解气体过饱和自发形核几率极小a.自发形核15b.非自发形核为任意值，越大，越容易形核。问题：在枝晶何处容易生核？一定，越大，越容易生核162）长大长大条件：173）上浮a.气泡脱离衬底的能力主要取决于相间界面张力181.接触角小于90度，气泡容易逸出；大于90度，由于形成细颈需要时间，当结晶速度大于气泡脱离速度时，容易形成气孔。2.凡能减小液气和液固两项表面张力以及增大固气表面张力的因素，都有利于气泡脱离衬底，向外析出。结论：3.固液界面推进速度小，气泡可以有充分的时间排出197-3析出性气孔一、特征a.析出性气孔定义：金属液凝固过程中，因过饱和气体溶解度下降析出气体、形成气泡未能排除而形成的气孔。b.特征：氢气孔和氮气孔。铝合金铸件，铸钢铸件断面上均匀分布，最后凝固部位、热节及冒口附近中心最为密集。1.分布：2.形状：团球状、多角状、断续裂纹状和混合形3.气孔种类：4.铸件材质20二、析出性气孔的形成1.析出性气孔的形成机理溶质再分配理论2122析出性气孔的形成机理：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在固－液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。2.产生析出性气孔倾向性的判断1）析出性气孔的判据或气孔判据的物理意义：稳定生长时凝固界面上液相的气体浓度比原始气体浓度所增加的倍数。当稳定生长时：232）以临界过饱和浓度判断跟铸造条件有关，由试验确定金属型铸造临界过饱和浓度值比砂型铸造的大24三、影响析出性气孔的主要因素1）合金原始含气量2）合金成分3）气体的性质4）外界压力5）铸件的凝固方式逐层凝固体积凝固25四、防止析出性气孔的途径1.减少金属液的原始含气量a.减少气体的来源b.控制好熔炼温度c.真空熔炼2.除气处理a.浮游去气b.真空去气c.氧化去气d.冷凝去气3.阻止气体析出提高铸件的冷却速度提高金属凝固时的外压e.精炼去气267-4反应性气孔一、特征a.反应性气孔的定义：金属液与铸型之间、金属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。b.特征：分布在皮下1-3mm；球状、梨状、多呈长条状垂直于铸件表面；表面光滑，呈银白色或金属亮色c.金属与铸型之间的反应气孔d.金属内部的反应气孔蜂窝状、分布均匀27二、金属与铸型间的反应性气孔（皮下气孔）氢气、氮气和一氧化碳常见气孔：1.氢气孔a.置换元素置换Fe－C合金置换元素：C、Si、Mn、Al等1）氢气的来源b.铸型或实型化合物的分解粘结剂、实型铸造2）氢气的生核a.溶质的再分配，凝固前沿液相富集氢，形成过饱和浓度区；依附某些氧化物或固相质点形核；随着凝固前沿的推移，气泡沿枝晶间长大。28b）氢气以CO或以蒸汽为核心3）氢气的敏感性铸件的厚度薄壁件凝固速度快易行壳，金属液与铸型相互作用的时间短，吸收氢量少，不易产生皮下气孔厚件凝固速度慢，吸气有足够时间向内扩散，气体溶质在截面均匀分布中等壁厚件金属液与铸型相互作用时间较长，吸收的气体又不能充分向内扩散，表面层气体溶质富集区，有可能产生皮下气孔。292.CO气孔CO在形成皮下气孔中的作用：a.CO成为氢皮下气孔的核心b.CO是形成皮下气孔的主要原因，可直接形成皮下气孔3.氮气孔氮气来源于含氮树脂砂的树脂分解或增碳剂等1）铸型水分含量高、透气性差，树脂含氧高2）金属液原始气体含量高，钢水脱氧不良3）中等壁厚件：球铁8～15mm，灰铁10～25mm4）合金中含有易氧化成分5）熔点较高的合金30三、金属液内反应性气孔两种反应性气孔：金属液与熔渣作用生成的渣气孔金属液内成分之间作用形成的气孔1.渣气孔一氧化碳