铸造凝固中的非金属夹杂物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节 凝固中的非金属夹杂物,一、概 述,1,）简单氧化物,(FeO,、,CuO,、,MnO,2,),（一）非金属夹杂物的分类,2,）复杂氧化物,(AOB,2,O,3,),3,）硅酸盐,4,）硫化物,(FeS,、,MnS),5,）氮化物,(VN,、,TiN,、,AlN),（二）非,金属氧化物的来源,1,）脱氧、脱硫产物,内生夹杂物,外来夹杂物,2,）硫、氧、氮等元素以低熔点共晶,或化合物形式析出,3,）金属与外界物质相互作用而生成的,夹杂,(,与粘砂、锈蚀等生成的炉渣，与炉衬、浇包生成非金属夹杂物,),4,）金属液被大气氧化生成的氧化物,（三）非,金属夹杂物对铸件质量的影响,1,、对机械性能的影响：,（,1,）随氧化夹杂数量的增多，冲击韧性明显下降,（,2,）疲劳极限下降，且夹杂物越粗，疲劳极限越低,裂纹源为夹杂物,2,、对铸造性能的影响：,1,）流动性降低,2,）铸件产生热裂：分布在晶界上的低熔点夹杂物,3,）微观缩孔和气缩孔,:,低熔点夹杂物 如钢中的,FeO,收缩较大；,MnS,促进气孔形成,3,、,好的作用：,1,）钢中的氧化物、碳化物和铸铁中的磷共晶 能提高材料的硬度，增加耐磨性,2,）钢中微量,Ca,和,S,形成球形,CaS,，分布在晶 内，改善钢的切削性,3,）难熔的非金属夹杂物可成为非自发结晶的 核心，细化铸件的宏观组织,二、非金属夹杂物的形成,（一）非,金属夹杂物生成的热力学条件,从溶有非金属元素的金属液中生成非金属夹 杂物，其化学反应方程为：,在标准条件下，生成的标准自由能：,Me,、,C,：金属和非金属元素,：生成的非金属夹杂物,A,、,B,：系数,T,：热力学温度,气体：该气体的分压为,1,大气压,固体、液体：纯物质,金属中溶质：,1%,；溶剂视为纯物质,渣中化合物：纯物质,化合反应进行的条件：,0,且 越小，,生成物越稳定。

必须注意，用 判断时，必须是标准条件非金属夹杂物的标准生成自由能,（二）浇,注前形成的非金属夹杂物,扒渣后，尺寸较小的非金属夹杂物残留在金属液中,一次非金属夹杂物,例如脱氧过程中生成的氧化夹杂物,1,、脱氧反应的进行条件：,Me：,与氧亲和力强的元素,：不溶于金属液,2,、常见脱氧元素形成的非金属夹杂物：,（,1,）用硅铁脱氧时：,（,2,）用铝脱氧时：,（三）浇,注时形成的非金属夹杂物,在浇注及充型过程中生成的,非金属夹杂物主要是氧化物,1,、形成过程,二次氧化夹杂物,表面层氧化,氧化膜不断增厚,涡流、飞溅等把氧化膜卷入金属液,氧化夹杂物,2,、影响二次氧化夹杂物形成的因素：,（,1,）合金成分,元素氧化的难易,元素含量的多少,合金的结膜温度,逸出气体,Si,、,Mn,、,C,、,Fe,氧化能力依次减弱，,Fe,含量最多，二次氧化夹杂物中,Fe,含量仍较高熔点较低，合金的结膜温度低，此类液态夹杂物易上浮，排除，减少二次氧化夹杂物减轻金属液氧化程度氧化性强,氧化性强，氧化严重2,）金属液流,金属液与大气接触机会越多，接触面积越大，时间越长，则生成的二次氧化夹杂物就越多，且弱氧化物的含量也相应增多。

金属液层流流动时，流动平稳，可减少二次氧化夹杂物四）凝,固时形成的非金属夹杂物,当枝晶间的偏析液达到过饱和时，则出现非金属夹杂物,偏析夹杂物,以,Fe-C,合金为例：,假定合金中只有,Mn,、,S,两种杂质凝固过程中，由于溶质再分配枝晶间的液相中富集,Mn,、,C,、,S,等溶质随着温度的下降，枝晶间液相中的,Mn,和,S,富集生成,MnS,夹杂物,三、夹杂物的长大、分布、和形状,（一）夹,杂物的聚合长大,金属液中夹杂物紊乱无序的运动，相互碰撞，聚合长大几种情况,液态夹杂物的粘度较低，容易聚合成,一个完整的球状夹杂物当金属液温度低时，夹杂物粘度大，,聚合在一起呈粗糙的多链球状非同类夹杂物碰撞，经烧结，组成成,分更复杂的夹杂物,（二）夹,杂物的分布,1,）能作为金属非自发结晶核心的非金属夹杂,物分布在晶内,2,）密度小的，经运动 碰撞 聚合 长大，浮到,铸件上部、上表面、铸件拐角处或冒口,3,）处在凝固区内的高熔点固态微小夹杂物，可,能被枝晶粘附，分布在晶内，否则分布于晶界,4,）偏析夹杂物分布在晶界,（三）夹,杂物的形状,主要指晶,界的低熔点偏析夹杂物，形状受界面张力的影响,平衡条件,合金成分对夹杂物形状的影响是由于它改变了界面张力。

型 球形,-,晶内,型 枝晶间杆状,-,晶界,型 多面体结晶形,-,晶内,铁基合金中的,SiO,2,形态,（,a,）单球,（,b,）多链球,夹杂物形状对机械性能影响,：,球形，影响小,尖角薄膜状，危害大,细小，分散，晶内，危害小,四、减少和排除夹杂物的途径,一般去气的措施利于排除夹杂物，但因夹杂物密度大，不易去除，为此采取以下措施：,（1）正确选择合金成分，,严格控制易氧化元素的含量,（2）加溶剂,液面覆盖一层溶剂，吸收上浮的夹杂物液中加入溶剂，与夹杂物形成密度更小的液态夹杂物降低夹杂物熔点，便于集合和上浮,（,3,）采用复合脱氧剂：可生成密度小，熔点低的液 态脱氧产物，利于上浮，排除,（,4,）采用真空或在保护气氛下熔炼和浇注,（,5,）避免浇注，充型时发生飞溅和涡流,（,6,）过滤法，通过过滤器，再注入型腔,（,7,）型砂中控制水分，加入煤粉，铸型表面撒剂，形成还原性气氛,。