铸造金属凝固原理课件：气孔与夹杂 -.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,*,气孔与夹杂,16.1,气孔（,Blow hole,）的种类,气孔,气体在铸件中形成的空洞,气体的来源,材料、熔炼、铸型、浇注气孔的危害,减小承载面积局部形成应力集中渗漏,分类（按气体的来源）,析出性气孔、反应性气孔、侵入性气孔,析出性气孔,原因,金属液在冷却和凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔特征,细小、密集、大面积分布在高温区域、呈园、椭圆、裂纹多角形、内壁光滑反应性气孔,原因,由于液态金属的界面反应而造成的气孔,特征,随界面反应不同而不同金属,铸型界面反应皮下气孔液,渣反应渣气孔,侵入性气孔,原因,砂型表面聚集的气体侵入液体金属,形态,尺寸大、表面氧化、孔壁光滑、呈梨形、椭圆形分布在铸件表面或内部析出性气孔的形成机理,金属凝固时液相中含气量较多时，随着温度下降溶解度降低，气体析出压力增大，当大于外界压力时便形成气泡气泡如来不及浮出液面，便留在铸件中形成气孔这就是析出性气孔含气量小于溶解度时也形成气孔,16.2,气孔的形成机理,氢在,Fe Cu Al,的溶解度 氢在,Ti Zr V,中的溶解度,凝固时气体元素的再分配,假设定向凝固气体溶质有限扩散气体的溶解度,S,L,气体的过饱和区,x,分析,体积凝固时,：枝晶间气体浓度升高,影响因素,金属液原始含气量,冷却速度,合金成分,气体种类,金属产生气孔倾向的判断方法,气孔准则数,反应性气孔的形成机理,（一）金属与铸型间反应性气孔,1.,氢气说,界面处,2H+FeOH,2,O+Fe,，附着在晶粒上作为气泡核心,2.,氮气说,采用酚醛树脂、呋喃尿醛树脂、尿烷树脂时含,N,。

不同合金对形成,N,气孔的敏感程度不同球铁,耐热钢,低碳钢,中碳钢,高锰钢,灰铁,3.CO,说,关于,H,引起的皮下气孔,产生：,对钢液,：原金属液脱氧不够，含氢量高（包括原始含量和浇注中增加的量），在硬皮（氧化膜）附近发生下列反应：,2H+FeOH,2,O+Fe,生成的水就附着在生长着的晶粒上成为气泡核心凝固析出的氢和由界面侵入的氢都向气泡核心集中，使气泡沿着枝晶间长大；来不及逸出，形成皮下气孔铸钢件针孔,CO,核心说,形成,：,（,a,）,首先发生界面反应,Fe+H,2,OFeO+2H,Fe+CO,2,FeO+CO,（,b,）,FeO,来不及扩散，而且结晶前沿枝晶,C,浓度偏析，发生下列反应：,FeO+CFe+CO,CO,2,+2FeOCO+Fe,2,O,3,CO,不溶于于钢液，沿晶界或杂质形成气泡核,（,c,）,H,、,N,扩散进入气泡核长大，沿阻力最小的方向，形成垂直于铸件表面的针孔二）金属液内反应性气孔,渣气孔,金属液中元素间反应性气孔,碳氧反应,水蒸气反应,碳氢反应,侵入性气孔的形成机理,界面气体压力,热作用气体体积膨胀界面气压增大侵入金属液气泡逸出,/,气孔,形成机理,润湿角微孔在空间的位置气孔半径,16.3,气孔的防止,防止或减少,析出性气孔,的措施,减少金属液的原始含气量,减少金属液的吸气量；,对金属液进行除气处理，如浮游去气、氧化去气；,阻止金属液中气体析出,提高铸件冷却速度，如采用金属型铸造等方法。

提高铸件凝固时的外压，如密封加压凝固等方法型（芯）砂处理,减少砂型（芯）在浇注时的发气量使浇注时产生的气体容易从砂型（芯）中排出防止,皮下气孔,的措施,采取烘干、除湿等措施，防止和减少气体进入金属液严格控制合金中氧化性较强元素的含量，如球墨铸铁中的镁及稀土元素；铸钢中用于脱氧的铝砂型（芯）要严格控制水分，重要铸件可采用干型或表面烘干型，含氮树脂砂要尽量减少尿素含量，控制乌洛托品固化剂的加入量，保证铸型有良好的透气性适当提高浇注温度，能够降低凝固速度，有利于气体排除工艺方案设计中，尽量保证金属液平稳进入铸型内，减少金属液的氧化防止,侵入性气孔,的措施,减少砂型（芯）在浇注时的发气量使浇注时产生的气体容易从砂型（芯）中排出例如保证砂型有必需的透气性，多扎出气孔，使用薄壁或空心和中间填焦炭块的砂芯，避免大平面在水平位置浇注，设置出气冒口，适当提高浇注温度和注意引气等提高气体进入金属液的阻力例如保证直浇道有所需的高度和金属液在型内的上升速度，在砂芯（型）表面使用涂料以减小砂型（芯）表面孔隙等液态金属中非金属夹杂物的来源和类型,（一）夹杂物的来源,原材料本身,熔炼冶金反应产物,液态金属与炉衬、浇包、铸型等界面反应,转包、浇注时金属与空气的界面反应,凝固过程中的内生夹杂物。

16.4,夹杂物,Inclusion,（二）夹杂物的类型,按化学组成,氧化物：,FeO,、,MnO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,等硫化物：,FeS,、,MnS,、,Cu,2,S,硅酸盐：,FeO,SiO,2,、,Fe,2,SiO,4,、,FeO,Al,2,O,3,SiO,2,按形成时间,初生夹杂物：在金属熔炼和炉前处理过程中次生夹杂物：金属在凝固过程中产生二次氧化夹杂物：浇注过程中由于氧化产生,按形态,球形、多面体、条状、薄板状、板形,非金属夹杂物对铸件或焊件质量的影响,对力学性能的影响,强度、塑性、韧性疲劳 应力集中,对工艺性能的影响,降低流动性引起气孔、促进缩孔热裂有时细化晶粒、增加耐磨性、球形硫化物提高切削性能可锻铸铁中,MnS,产生的缩气孔,钢,中,FeO,产生的缩气孔,MnS,夹杂物引起的裂纹源及扩展过程,初生夹杂物的形成及防止措施,（一）初生夹杂物的形成,1,夹杂物的偏晶反应,浓度起伏元素微区富集偏晶反应,L,1,L,2,+A,m,B,n,mA+nB,A,m,B,n,2,夹杂物聚合、长大,扩散 形核长大,化学反应 碰撞,提高长大、运动速度 机械粘连 形成复杂成分重熔、上浮,3,夹杂物与金属液界面张力越大、金属液温度越高、夹杂物越小，则越容易聚合在一起,。

二）排除初生夹杂物的途径,除气措施有助于减少夹杂物,静置处理浮游去气真空熔炼,加熔剂,金属液表面覆盖熔剂，吸收夹杂物，如铝合金中加氯盐形成密度更小的夹杂物以利于排除，如球铁加冰晶石过滤法,非活性过滤：机械过滤，如石墨、镁砖、陶瓷碎屑活性过滤：机械过滤、吸附，如,NaF,、,CaF,、,Na,3,AlF,6,二次氧化夹杂物的形成及防止措施,（一）二次氧化夹杂物的形成,形成,液态金属,+,空气表面氧化膜浇注时被破坏卷入内部形成新氧化膜夹杂,位置,铸件上表面、泥芯下表面、铸件死角处,影响因素,化学成分,强氧化性元素氧化反应速度,金属液流,接触时间、面积，流态二）防止和减少二次氧化夹杂物的途径,合理的浇注系统,对易氧化合金，要防止紊流,防止铸型内氧化性气氛,控制水分加煤粉用树脂涂料真空或保护气体浇注,正确选择合金成分,严格限制氧化元素的含量,次生夹杂物的形成及防止措施,形成,凝固溶质再分配晶间偏析（如,S,、,P,、,H,、,O,、,Mn,、,Cr,等）新的固相非金属夹杂物陷入晶体或排挤到晶界次生夹杂物的形状、大小,决定夹杂物形状的条件界面张力,当,12,1/2,11,时，才能处于平衡当,12,1/2,11,时，平衡被破坏，夹杂物以薄层分布在晶界上。

偏析夹杂物的大小,决定于合金的凝固条件和成分，凡是能使,晶粒细化,的条件都能减小偏析夹杂物的尺寸形成夹杂物的元素原始含量愈高，枝晶间偏析液相中富集该元素的数量越大，同样凝固条件下，产生的夹杂物越大，数量也越多偏析夹杂物是枝晶间偏析液相中产生的，因此若改变枝晶间的距离，缩小树枝状晶体的一次、二次分枝间距离，使晶粒细化，偏析夹杂物也随之细小，从而也能改变它的形状和分布。