液態(tài)成形件的主要缺陷及質量控制

液態(tài)成形件的主要缺陷及質量控制

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1、第八章液態(tài)成形件的主要缺陷及質量控制凝固缺陷是金屬在冷卻凝固過程中極易出現(xiàn)的一類缺陷,它們以不同的類型和形態(tài)存在于固態(tài)金屬中,對金屬的性能產生不同程度的影響。本章主要介紹縮孔與縮松、氣孔與夾雜、偏析和應力、變形、裂紋等重要凝固缺陷的形成機理、影響因素及控制措施。液態(tài)金屬體積收縮縮孔縮松熱裂紋變形冷裂紋氣體元素雜質元素化合物夾雜氣泡氣孔過飽和析出降溫凝固受拘束應力滯留成分偏析非平衡凝固低熔點共晶冷卻凝固體積收縮縮孔縮松應力熱裂紋變形冷裂紋§8-1縮孔與縮松§8-2氣孔與夾雜§8-3應力、變形及裂紋§8-4偏析(化學成分的不均勻性)§8-1縮孔與縮松一、金屬的收縮二、縮孔與縮松的分類及特征

2、三、縮孔與縮松的形成機理四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施鑄件在凝固過程中,由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮,往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔,細小而分散的孔洞稱為縮松。收縮:金屬在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻過程中發(fā)生的體積減小現(xiàn)象,稱為收縮,它是金屬本身的物理性質,是引起縮孔、縮松、應力、變形、熱裂和冷裂等缺陷的基本原因。一、金屬的收縮液態(tài)收縮階段(I)、凝固收縮階段(II)、固態(tài)收縮階段(III)液態(tài)收縮階段(t澆tL)凝固收縮階段(tLts或t共起t共終)固態(tài)收縮階段(tst室)金屬的收縮三個階段金屬從澆注溫度冷卻到室溫所產生的體收縮為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)

3、收縮之和,即εV總=εV液+εV凝+εV固(εV為體收縮率)其中,液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產生縮孔和縮松的基本原因。固態(tài)收縮是鑄件產生應力、變形和裂紋的基本原因。二、縮孔與縮松的分類及特征縮孔主要有內縮孔和外縮孔兩種形式。外縮孔出現(xiàn)在鑄件的外部或頂部,一般在鑄件上部呈漏斗狀,鑄件壁厚很大時,有時會出現(xiàn)在側面或凹角處(圖a、b);內縮孔產生于鑄件內部(圖c、d),孔壁粗糙不規(guī)則,可以看到發(fā)達的樹枝晶末梢,一般為暗黑色或褐色。1.縮孔a)明縮孔b)凹角縮孔c)芯面縮孔d)內部縮孔縮孔特點常出現(xiàn)于純金屬、共晶成分合金和凝固溫度范圍較窄的以逐層凝固方式凝固的鑄造合金中;多集中在鑄件的上部和最后

4、凝固的部位;鑄件厚壁處、兩壁相交處及內澆口附近等凝固較晚或凝固緩慢的部位(稱為熱節(jié)),也常出現(xiàn)縮孔;縮孔尺寸較大,形狀不規(guī)則,表面不光滑。2.縮松按其形態(tài)分為宏觀縮松(簡稱縮松)和微觀縮松(顯微縮松)兩類。縮松:多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬的合金中,常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域、縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位。顯微縮松:則在各種合金鑄件中或多或少都會存在,一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間,與微觀氣孔難以區(qū)分,只有在顯微鏡下才能觀察到。鑄件熱節(jié)處的縮孔與縮松縮松的特點縮松多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬的合金中;顯微縮松一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間;常分布在縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位;縮孔和縮松的危害:鑄件中存

5、在的任何形態(tài)的縮孔和縮松,都會減小鑄件的受力面積,在縮孔和縮松的尖角處產生應力集中,使鑄件的力學性能顯著降低。此外,縮孔和縮松還會降低鑄件的氣密性和物理化學性能。因此,必須采取有效措施予以防止。三、縮孔與縮松的形成機理1.縮孔的形成2.縮松的形成1.縮孔的形成機理純金屬、共晶成分合金和凝固溫度范圍窄的合金,在一般鑄造條件下按由表及里逐層凝固的方式凝固。由于金屬或合金在冷卻過程中發(fā)生的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮,從而在鑄件最后凝固的部位形成尺寸較大的集中縮孔。鑄件中縮孔形成過程示意圖2.縮松的形成機理凝固溫度范圍較寬的合金,一般按照體積凝固的方式凝固,凝固區(qū)內的小晶體很容易發(fā)展成為發(fā)

6、達的樹枝晶。當固相達到一定數(shù)量形成晶體骨架時,尚未凝固的液態(tài)金屬便被分割成一個個互不相通的小熔池。在隨后的冷卻過程中,小熔池內的液體將發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮,已凝固的金屬則發(fā)生固態(tài)收縮。由于熔池金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于其固態(tài)收縮,兩者之差引起的細小孔洞又得不到外部液體的補充,便在相應部位形成了分散性的細小縮孔,即縮松。鑄鐵鑄件的縮孔和縮松四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施1.影響縮孔與縮松的因素2.防止鑄件產生縮孔和縮松的途徑1.影響縮孔與縮松的因素金屬的性質鑄型的冷卻能力澆注溫度與澆注速度鑄件尺寸(1)金屬的性質金屬的液態(tài)收縮系數(shù)αV液和凝固收縮系數(shù)αV凝越大,縮孔及縮松容積

7、越大。金屬的固態(tài)體收縮系數(shù)αV固越大,縮孔及縮松容積越小。(2)鑄型條件鑄型的激冷能力越大,縮孔及縮松容積就越小。因為鑄型激冷能力越大,越易造成邊澆注邊凝固的條件,使金屬的收縮在較大程度上被后注入的金屬液所補充,使實際發(fā)生收縮的液態(tài)金屬量減少。(3)澆注條件澆注溫度越高,金屬的液態(tài)收縮越大,則縮孔容積越大;澆注速度越緩慢,澆注時間越長,縮孔容積就越小。(4)鑄件尺寸鑄件壁厚越大,表面層凝固后,內部的金屬液溫度就越高,液態(tài)收縮就越大,則縮孔及縮松

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