第三章铸件凝固过程缩孔、缩松的预测

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铸件中缩孔与缩松的防止方法

铸件中缩孔与缩松的防止方法

铸件中缩孔与缩松的防止方法缩孔与缩松使铸件受力的有效面积减少,而且在孔洞部位易产生应力集中,使铸件力学性能下降。

缩孔与缩松还使铸件的气密性、物理性能和化学性能下降。

缩孔与缩松严重时,铸件不得不报废。

因此,生产中要采取必要的工艺措施予以防止。

防止铸件产生缩孔的根本措施是采用定向凝固。

所谓定向凝固,即使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。

按定向凝固的顺序,先凝固部位的收缩,由后凝固部位的熔融金属来补充;后凝固部位的收缩,由冒口或浇注系统的金属液来补充,使铸件各部分的收缩都能得到补充,而将缩孔转移到铸件多余部分的冒口或浇注系统中,如下图所示。

所谓冒口是指在铸型内存储供补缩铸件用熔融金属的空腔,也指该空腔中充填的金属。

冒口除补缩外,有时还起排气、集渣的作用。

凝固后切除多余部分便可得到无缩孔的致密铸件。

实现定向凝固的措施是在铸件可能出现缩孔的厚大部位(热节)安放冒口,或在铸件远离浇冒的部位增设冷铁等,如下图所示。

所谓冷铁是指为增加铸件局部的冷却速度,在砂型、砂芯表面或型腔中安放的金属物。

图中所示铸件中可能产生缩孔的厚大部分不止一个,若仅靠顶部冒口,难以向底部凸台补缩,如果在该凸台的型壁上安放两个外冷铁,加快了该处的冷却速度,使厚壁凸台反而最先凝固,从而实现了由下而上的定向凝固。

定向凝固与逐层凝固是两个不同的概念。

定向凝固是指铸件各部分的凝固顺序;逐层凝固是指铸件某截面上的凝固顺序。

逐层凝固的合金表层先凝固,然后逐渐向铸件中心增厚,铸件中心最后凝固。

冒口的补缩通道能长时间保持畅通,有利于实现铸件的定向凝固。

对于纯金属、共晶成分的合金,工艺上一般都采用定向凝固的原则,来提高铸件的致密性。

相反,倾向于糊状凝固的合金,结晶的固体骨架较好地布满整个铸件的截面,使冒口的补缩通道堵塞,难以实现定向凝固。

炸药熔铸过程缩孔和缩松的形成与预测

炸药熔铸过程缩孔和缩松的形成与预测
第3 4卷 第 2期
20 1 1年 4 月
火 炸 药 学 报
Ch n s o n lo pl sv s& Pr p la t i e eJ ur a fEx o i e o eln s 1 7
炸 药 熔 铸 过 程 缩 孔 和 缩 松 的 形 成 与 预 测
李敬 明 ,田 勇 , 张伟 斌 ,黄 勇
II i g mi g.TI Jn - n AN n , ZHANG e— i H UANG n Yo g W ibn, Yo g
( nsiu e o I tt t fChe ia a e il , CA EP , M iny ng Sihu n 62 90 m c lM t ra s a a c a 1 0, Chi ) na Absr c ! The s ika e a d s rnka or iy NT n H T plsve ta t hrn gehol n h i ge p ost nd s i ka s rbu i fc s e adR ex o i c r sw e e t s e r y c m putd t o a y m e ho ha ge r e t d by X a o e om gr ph t d. T h h i a l n s ika or iy f m a i n e s rnk ge ho e a d hrn ge p ost or to m o la e h im e e a a y e . Thes i ka l nd s i ka r st or a i oc s tdfe e tc n— de nd m c an s w r n l z d hrn geho ea hrn gepo o iy f m ton pr e s a if r n o d to r i ult d b i g fnie ee e e h d. T her s ls s w ha he s ika ol nd s rnk ge p iins we esm a e y usn i t lm ntm t o e u t ho t tt hrn ge h e a h i a o— r iy i anl o c d by c y t lph s h ge,s ld s i ost s m i y pr du e r s a a e c an oi hrnka e a sr la edurng t o i fc ton Con i g nd ga ee s i he s ldiia i . sd— e i g fe ng l n h,t rtc ls ld pha em e h a e o p e c hes i rn e di e gt hec iia o i s t od c n beus d t r ditt hrnka e h e a d s i ka r iy g ol n hrn gepo ost diti in i a t d e pl ie c ar e On t he a s rbuto n c s e x osv h g . heot r h nd,he t is a i t e n rs r a d moul a n ulton be w e ie n d,he t p e e v a r s r a to n t ie nd di e i n ic e s o t ie a vie l e r a e t e s i in o he rs ra m nso n r a e t he rs rc n e d nty d c e s h hrnka e h ea hrnka e p ost g ol nd s i g or iy

铸钢件缩孔和缩松的形成与预防

铸钢件缩孔和缩松的形成与预防

F铸造oundry热加工热处理/锻压/铸造2011年第15期69铸钢件缩孔和缩松的形成与预防宁夏天地奔牛实业集团有限公司(石嘴山753001)王福京缩孔和缩松从本质上来说,是因为型内的金属产生收缩而引起的,但是不同种类的金属,其形成缩孔和缩松的机理有所不同。

1.产生机理从铸钢件角度来分析,钢液注满型腔后,由于型壁的传热作用,型内钢液形成自型壁表面至铸件壁厚中心温度逐渐升高的温度梯度。

随着型壁传热作用不断地进行,型内钢液温度不断降低。

当与型壁表面接触的钢液温度降至凝固温度时,铸件的表面就开始凝固,并形成一层固体状态的硬壳。

如果这时浇注系统已经凝固,那么硬壳内处于液体状态的钢液就与外界隔绝。

当型内钢液温度进一步降低时,硬壳内的钢液一方面因温度降低而产生液态收缩,另一方面由于硬壳的传热作用,使与硬壳接触的钢液不断结晶凝固,从而出现凝固收缩。

这两种收缩的出现,将使硬壳内钢液液面下降。

与此同时,处于固体状态的硬壳,也因温度的降低而产生固态收缩,对于铸钢件来说,由于液态收缩和凝固收缩的总和是大于固态收缩的,因此在重力作用下,硬壳内钢液液面将下降,并且与上部硬壳脱离接触。

随着型内钢液温度不断地降低和硬壳内钢液不断地凝固,硬壳越来越厚,而钢液越来越少。

当铸件内最后的钢液凝固后,铸件上部的硬壳下面就会出现一个孔洞,这个孔洞即为缩孔。

虽然凝固后的铸件自高温状态冷却至室温时,还将产生固态收缩,从而使整个铸件和其内部缩孔的体积稍有减小,但并不会改变缩孔体积与铸件体积的比值。

由于凝固层厚度的增加和钢液的减少是不断进行的,因而从理论上来说,缩孔的形状是漏斗状的。

并且因残存的钢液凝固时不能得到补缩,所以在产生缩孔的同时,往往也伴随着缩松的出现。

用肉眼能直接观察到的缩孔为宏观缩孔,而借助于放大镜或将断面腐蚀以后才能发现的缩孔为微观缩孔。

一般情况下,宏观缩孔可以用补焊的手段来解决,而微观缩孔就无法处理了,一般都是成片出现的微小孔洞。

3.2.2 缩孔、缩松的形成及防止方法

3.2.2  缩孔、缩松的形成及防止方法

缩孔、缩松的形成及防止方法副教授:陈云铸件中的缩孔与缩松液态金属在铸型内凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩导致体积缩小,若其收缩得不到补充,就在铸件最后凝固的部分形成孔洞。

大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松。

(a)铝合金缩孔、缩松(b)金相显微镜下缩松(c)扫描电镜下缩松一、缩孔的形成纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。

在凝固过程中,如得不到合金液的补充,在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。

缩孔形成的条件:铸件呈逐层凝固方式凝固,成分为纯金属或共晶成分的合金。

缩孔产生的基本原因:是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值,且得不到补偿。

缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域,如壁较厚大的上部或铸件两壁相交处,这些地方称为热节。

热节位置可用画内接圆的方法确定。

用画内切圆法确定缩孔位置二、缩松的形成铸件最后凝固的收缩未能得到补充,或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固,凝固区域较宽,液、固两相共存,树枝晶发达,枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。

缩松形成的条件:铸件主要呈糊状凝固方式凝固,成分为非共晶成分或有较宽结晶温度范围的合金。

形成缩松的基本原因:是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。

缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、冒口根部、热节处,也常分布在集中缩孔的下方。

三、影响缩孔和缩松形成的因素1、合金成分结晶温度范围越小的合金,产生缩孔的倾向越大;结晶温度范围越大的合金,产生缩松的倾向越大。

铁碳合金成分和体积收缩的关系V总—总体积收缩容积;V孔—缩孔容积;V松—缩松容积2、浇注条件提高浇注温度时,合金的总体积收缩和缩孔倾向增大。

浇注速度很慢或向冒口中不断补浇高温合金液,使铸件液态和凝固收缩及时得到补偿,铸件总体积收缩减小,缩孔容积也减小。

V 总—总体积收缩容积;V 孔—缩孔容积;V 松—缩松容积铁碳合金成分和体积收缩的关系3、铸型材料铸型材料对铸件冷却速度影响很大 。

低压铸造下凝固过程缩孔缩松的预测方法研究

低压铸造下凝固过程缩孔缩松的预测方法研究

whc u l r p r fb t rvt e dn n w r s ue f e ig we e c n ie e a la ih i d a— o et o o h g a i f e ig a d l p e s r e dn r o sd r d, swel s s p y y o t e e f c f t e r s u e o cic ls l r cin h f t o h p e s r n ria oi fa t ,a d t e e t d o n h ma h m a i o e s b i.Th te t m d 1wa ul c t e
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F UNDRY O
低 压 铸 造 下 凝 固过 程 缩 孔 缩松 的预 测 方 法研 究
王 忠 ,牛晓峰 ,侯 华 ,黄 志伟 ,穆 彦青
(. 1 山推 工程机械股份有限公 司推土机事业部技术部 ,山东济 宁 2 2 0 ; 7 0 0
d s e s d h ik g n e o p e s r a t g.Th ue f t e lw- r s u e c s ig f e i g ip r e s r a e u d r lw- r s u e c s i n n e r ls o h o p e s r a t e dn n
Pr dc in M e h d o r k g n s ere h ik g r g e it t o fSh i a e a d Dip s d s r a e Du i o n n n So iic t n Pr c s d rL w- e S r sig l f a i o e s Un e o Pr S u e Ca t d i o n

铸件缩孔和缩松缺陷十点分析

铸件缩孔和缩松缺陷十点分析

铸件缩孔和缩松缺陷十点分析缩孔和缩松都是铸造生产中常见的铸件缺陷。

缩孔是铸件在冷凝过程中收缩,得不到金属溶液的补充而产生的孔洞,形状不规则,孔壁粗糙,一般位于铸件的热节处。

缩孔和气孔在外表上往往极为相似,经常容易混淆。

一般来说,气孔的内壁是平滑的,而缩孔的内壁则呈枝状结晶的末梢状。

缩松是铸件最后凝固的区域没有得到金属溶液的补缩而形成分散和细小的小孔,常出现在铸件的较厚截面以及厚薄截面交接处或热节点上。

缩松的分布面积要比缩孔大得多,往往隐藏于铸件的内部,有时肉眼察觉不到。

缩孔和缩松在铸件废品中占有较大的比例,必须引起足够的重视,以提高铸件合格率。

笔者结合多年的生产实践经验,谈谈铸件缩孔和缩松的产生原因及其防止措施。

1.铸件和模样设计(1)铸件截面尺寸变化过大。

如果在设计中铸件截面尺寸变化过大,薄截面的冷却速度比相邻厚截面的冷凝速度要快得多,这样就很难实现铸件的顺序凝固,同时也难于进行补缩。

设计时要尽量避免这种情况,否则应采用冷铁,以实现铸件的顺序凝固并利于补缩。

(2)铸件断面过厚,如果没有采取相应措施对其进行补缩,会因补缩不良形成缩孔。

(3)圆角太小。

铸件的凹角圆角半径太小,会导致型砂传热能力降低,凝固速度下降,同时由于该处型砂受热作用强,发气压力大,析出的气体可向未凝固的金属液渗入,导致铸件产生气缩孔。

(4)圆角太大。

圆角太大,则圆角部分就成了厚截面,如果相邻的截面较薄,就难以得到有效的补缩,造成补缩不良2.模样(1)模样或芯盒磨损致使铸件截面减薄,导致铸件截面厚度减薄而妨碍补缩。

(2)模样尺寸不当或模样结构不当,导致铸件截面过厚或过薄。

设计时应注意控制模样的厚度,尽量使邻近较厚截面的薄截面保持最大的厚度。

3.砂箱(1)上箱太浅。

生产中为了节省型砂用量或为了降低砂箱和造型成本而使用高度不够的上箱,这是造成缩松缺陷的常见原因。

上箱太浅,会降低金属液的静压力,以致难以进行补缩,补缩压力不够,会导致产生缩松或缩孔,或二者兼有之。

铸件产生缩孔和缩松产生的原因及防止措施(音频讲解,实用方便)

铸件产生缩孔和缩松产生的原因及防止措施(音频讲解,实用方便)

铸件产⽣缩孔和缩松产⽣的原因及防⽌措施(⾳频讲解,实⽤⽅便)铸件缩松、缩孔问题防治⽅案来⾃制造⼯业联盟 00:00 10:29
缩孔是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较⼤的孔洞
合⾦的液态收缩和凝固收缩愈⼤、浇注温度愈⾼、铸件愈厚,缩孔的容积愈⼤. 缩松是分
散在铸件某区域内的细⼩缩孔
形成原因:铸件最后凝固区域的收缩未能得到补⾜,或因为合⾦呈糊状凝固,被树枝状晶体
分隔开的⼩液体区难以得到补缩所⾄
逐层凝固合⾦,缩松倾向⼩。

糊状凝固合⾦缩松倾向⼤,缩孔倾向⼩。

防⽌缩孔和缩松的措施 1)选择合适的合⾦成分选⽤近共晶成分或结晶温度范围较
窄的合⾦ 2)⼯艺措施顺序凝固原则,获得没有缩孔的致密铸件。

定向凝固就是在铸
件上可能出现缩孔的厚⼤部位通过安放冒⼝等⼯艺措施,使铸件远离冒⼝的部位先凝固,然后
靠近冒⼝部位凝固,最后冒⼝本⾝凝固。

⽬的是铸件各个部位的收缩都能得到补充,⽽将缩孔转移到冒⼝中,最后予以清除措施
1、安放冒⼝
2、在⼯件厚⼤部位增设冷铁。

铸件缩孔、缩松产生的原因

铸件缩孔、缩松产生的原因

铸件缩孔、缩松产生的原因1、铸件结构方面的原因由于铸件断面过厚,造成补缩不良形成缩孔.铸件壁厚不均匀,在壁厚部分热节处产生缩孔或缩松。

由于铸孔直径太小形成铸孔的砂芯被高温金属液加热后,长期处于高温状态,降低了铸孔表面金属的凝固速度,同时,砂芯为气体或大气压提供了信道,导致了孔壁产生缩孔和绣松.铸件的凹角圆角半径太小,使尖角处型砂传热能力降低,凹角处凝固速度下降,同时由于尖角处型砂受热作用强,发气压力大,析出的气体可向未凝固的金属液渗入,导致铸件产生气缩孔。

2、熔炼方面的原因液体金属的含气量太高,导致在铸件冷却过程中以气泡形式析出,阻止邻近的液体金属向该处流动进行补缩,产生缩孔或缩松。

当灰铸铁碳当量太低时,将使铁水凝固时共晶石墨析出量减少,降低了石墨化膨胀的作用,使凝固收缩增加,同时也降低铁水的流动性。

认而降低铁水的自补缩能力,使铸件容易产生缩孔或缩松。

当铁水含磷量或含硫量偏高时,磷是扩大凝固温度范围的元素,同时形成大量的低熔点磷共晶,凝固时减少了补缩能力。

硫是阻碍石墨化的元素,硫还能降低铁水的流动性.同时,铁水氧化严重,也降低液体金属的流动性,使铸件产生缩孔或缩松.孕育铸铁或球墨铸铁在浇注前用硅铁等孕育剂进行孕育处理时,如果孕育不良,将导致铁水凝固时析出大量的渗碳体,从而使凝固收缩增加,产生缩孔或缩松。

3、工艺设计的原因(1)浇注系统设计不合理浇注系统设计与铸件的凝固原则相矛盾时,可能会导致铸件产生缩孔或缩松.主要表现为浇注位置不合适,不利于顺序凝固,内浇口的位置及尺寸不正确。

对于灰铸铁和球墨铸铁,如果将内浇口开在铸件厚壁处,同时内浇口尺寸较厚,浇注后,内浇口则长时间处于液体状态。

在铁水凝固发生石墨化膨胀的作用下,铁水会经内浇口倒流回直浇道,从而使铸件产生缩孔和缩松。

(2)冒口设计不合理冒口位置、数量、尺寸及冒口颈尺寸未能促进铸件顺序凝固,都可能导致铸件产生缩孔和缩松。

如果在暗冒口顶部未放置出气冒口,或冷铁使用不当,也会导致铸件产生缩孔和缩松.(3)型砂、芯砂方面的原因型砂(芯砂)的耐火度及高温强度太低,热变形量太大。

3.2.2 缩孔、缩松的形成及防止方法

3.2.2  缩孔、缩松的形成及防止方法

缩孔、缩松的形成及防止方法副教授:陈云铸件中的缩孔与缩松液态金属在铸型内凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩导致体积缩小,若其收缩得不到补充,就在铸件最后凝固的部分形成孔洞。

大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松。

(a)铝合金缩孔、缩松(b)金相显微镜下缩松(c)扫描电镜下缩松一、缩孔的形成纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。

在凝固过程中,如得不到合金液的补充,在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。

缩孔形成的条件:铸件呈逐层凝固方式凝固,成分为纯金属或共晶成分的合金。

缩孔产生的基本原因:是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值,且得不到补偿。

缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域,如壁较厚大的上部或铸件两壁相交处,这些地方称为热节。

热节位置可用画内接圆的方法确定。

用画内切圆法确定缩孔位置二、缩松的形成铸件最后凝固的收缩未能得到补充,或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固,凝固区域较宽,液、固两相共存,树枝晶发达,枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。

缩松形成的条件:铸件主要呈糊状凝固方式凝固,成分为非共晶成分或有较宽结晶温度范围的合金。

形成缩松的基本原因:是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。

缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、冒口根部、热节处,也常分布在集中缩孔的下方。

三、影响缩孔和缩松形成的因素1、合金成分结晶温度范围越小的合金,产生缩孔的倾向越大;结晶温度范围越大的合金,产生缩松的倾向越大。

铁碳合金成分和体积收缩的关系V总—总体积收缩容积;V孔—缩孔容积;V松—缩松容积2、浇注条件提高浇注温度时,合金的总体积收缩和缩孔倾向增大。

浇注速度很慢或向冒口中不断补浇高温合金液,使铸件液态和凝固收缩及时得到补偿,铸件总体积收缩减小,缩孔容积也减小。

V 总—总体积收缩容积;V 孔—缩孔容积;V 松—缩松容积铁碳合金成分和体积收缩的关系3、铸型材料铸型材料对铸件冷却速度影响很大 。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因影响铸件收缩的因素:化学成分与合金类别:如铸钢的收缩最大,灰铸铁最小。

浇注温度:合金浇注温度越高,过热度越大,液体收缩越大。

铸件结构和铸型工艺条件:铸件的收缩并非自由收缩,而是受阻收缩。

1)铸件中各部分冷却速度不同,收缩先后不一致,相互制约产生阻力;2)铸型等对铸件收缩产生的机械阻力。

铸件在冷却和凝固过程中,若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充,往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。

容积大而且比较集中的孔洞—缩孔;细小而且分散的孔洞—缩松。

产生原因:液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值缩孔和缩松存在:铸件有效承载面积减小,引起应力集中,力学性能下降,还降低气密性和物理性能。

缩孔的形成:在铸件上部或最后凝固的部位;其外形特征是:近于倒圆锥形。

缩松的形成:由于结晶温度范围较宽,树枝晶发达,流动性低、液态和凝固收缩所形成的细小、分散孔洞得不到液态金属补充而造成。

纯金属和共晶成分的合金,易形成集中缩如何防止缩孔和缩松:防止措施①合理选用铸造合金②按照定向凝固原则进行凝固采用各种措施保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分先凝固然后是靠近冒口部分最后是冒口本身的凝固③合理选择浇注系统和浇注位置④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。

附缩孔补救措施焊补。

挖去缺陷区金属用与基体金属相同或相容的焊条焊补缺陷区焊后修平进行焊后热处理。

举例: Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭有很强的柱状晶生长趋势,在轴线附近区域形成分散的缩松;加入0.8%B(原子分数)后,铸锭的组织得到细化,并削弱了柱状晶生长趋势,收缩缺陷分布集中以大缩孔方式存在,显微缩松的密度和尺寸均降低.添加0.1%C(原子分数)后,铸锭的组织和缩孔缩松与Ti-47Al-2Cr-2Nb比均无明显变化.热应力:铸件在凝固和冷却过程中,不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。

为铸造残留应力减少或消除应力的方法:减少铸件各部位的温差,尽量形成同时凝固。

铸件缩孔与缩松

铸件缩孔与缩松

§2铸件的缩孔和缩松铸件凝结时因液态缩短和凝结缩短使铸件最后凝结部位出现孔洞,容积大而集中的称集中缩孔(缩孔),小而分别的称分别缩孔(缩松)。

一形成机理1缩孔合金性质不一样,缩孔形成的机理各异。

1)凝结过程中无体积膨胀合金如铸钢、白口铸铁、铝合金等。

浇铸后,型壁传热、逐层凝结、液态缩短和凝结缩短大于固态缩短。

如无赔偿,则在最后凝结部位出现缩孔。

2)有体积膨胀的合金(灰铁、球铁)自补缩能力:灰铁共晶凝结过程中,片状石墨尖端在共晶液中优先长大,其产生的体积膨胀绝大多半直接作用在初生奥氏体枝晶或共晶团的液体上,并推进液体经过枝晶间的通道去补缩因为液态和固态缩短所形成的小孔洞。

文档来自于网络搜寻缩前膨胀:石墨长大所产生的膨胀压力经过奥氏体或共晶团最后作用在铸型表面,使型腔扩大的现象。

灰铁的共晶凝结偏向于中间凝结方式,凝结中期已有完整凝结的外壳,能蒙受必定的石墨化膨胀压力,因此其缩前膨胀可忽视不计。

故其产生缩孔的偏向小。

只有当液态缩短和凝结缩短之和大于石墨化膨胀和固态缩短之和才会产生缩孔。

文档来自于网络搜寻球铁共晶凝结呈糊状凝结方式,凝结时期无牢固外壳。

如铸型刚度不够,则使型腔扩大,故球铁缩前膨胀比灰铁大好多。

当球铁液态缩短、凝结缩短和型腔扩大之和大于石墨化膨胀和固态缩短之和时,铸件将产生缩孔。

文档来自于网络搜寻总结:灰铸铁:石墨化膨胀产生的膨胀压力绝大多半直接作用在液体上(共晶团或A枝晶之间的),小部分作用在铸型型壁上。

球铁:石墨化膨胀产生的膨胀压力一小部分直接作用在液体上(共晶团1/3或A枝晶之间的),绝大多半作用在铸型型壁上。

缩松铸件凝结后期,最后凝结的节余金属液,因为温度梯度小,会按同时凝结原则凝结,即金属液中形成很多渺小的晶粒。

当晶粒长大相互连结后,将节余金属液切割成互不相通的小熔池。

这些小熔池在随后的凝结过程中得不到金属液的增补,就形成缩松。

文档来自于网络搜寻缩松按其散布状态分三种:弥散缩松、轴线缩松、局部缩松。

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止摘要:球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分,其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀能力,因而铸型产生型壁迁移,增大铸件体积,极易产生内部缩孔、缩松。

球墨铸铁凝固时,在枝晶和共晶团间的最后凝固区域,收缩的体积得不到完全补充,留下的空洞形成宏观及微观缩松。

La 有助于消除缩松倾向。

分析缩孔缩松形成原因并提出相应的防止办法,有助于减少由此产生的废品损失。

关键词:球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松1 前言1.1 缺陷形成原因球墨铸铁生产技术日臻完善,多年技术服务的实践表明,生产中出现的铸造缺陷,完全可以用成熟的经验予以消除。

据介绍:工业发达国家的铸造废品率可以控制在1%以下[1],国内先进水平也在2%左右,提高企业铸造技术水平,对减少废品十分重要。

1。

显微缩松显微镜观察微细连续缺失空间多角形疏松枝晶间、共晶团边界间众所周知,灰铸铁是逐层凝固方式,球墨铸铁是糊状凝固方式。

逐层凝固可以使铸件凝固时形成一个坚实的封闭外壳,铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积。

糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长,固相与液相混合存在有如粥糊。

大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分,其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀的能力,铸型产生型壁迁移,增大铸件体积,极易产生内部缩孔、缩松缺陷。

铸型冷却能力强,有利于铸件的容积凝固转变成逐层凝固,使铸件的分散缩松转变成集中缩孔。

然而,批量生产中湿砂型铸造很难被金属型或干砂型取代。

球墨铸铁凝固有以下三个特点,决定球墨铸铁是糊状凝固方式:①球化和孕育处理显著增加异质核心,核心存在于整个熔体,有利于全截面同时结晶。

②石墨球在奥氏体壳包围下生长,生长速度慢,延缓铸件表层形成坚实外壳;而片状石墨的端部始终与铁液接触,生长速度快,凝固时间短,促使灰铁铸件快速形成坚实外壳。

③球墨铸铁比灰铸铁导热率小 20%-30%,散热慢,外壳生长速度降低[3]。

铸造工艺---铸件的缩孔、缩松

铸造工艺---铸件的缩孔、缩松

铸造工艺---铸件的缩孔、缩松在金属的铸造过程中,易产生缩孔和缩松,缩孔和缩松如何识别?缩孔和缩松如何区别?哪些铸造合金容易产生缩松?铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区:1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1)逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2)糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故---3)中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2影响铸件凝固方式的因素1)合金的结晶温度范围范围小:凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如:砂型铸造,低碳钢逐层凝固,高碳钢糊状凝固2)铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1收缩的几个阶段1)液态收缩:从金属液浇入铸型到开始凝固之前.液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2)凝固收缩:从凝固开始到凝固完毕.同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如:35钢,体积收缩率3.0%,45钢4.3%3)固态收缩:凝固以后到常温.固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2影响收缩的因素1)化学成分:铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少.如:灰口铁C,Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2)浇注温度:温度↑液态收缩↑3)铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔.纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因:铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4影响缩孔容积的因素(补充)1)液态收缩,凝固收缩↑缩孔容积↑2)凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3)浇注速度↓缩孔容积↓4)浇注速度↑液态收缩↑易产生缩孔5缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1)宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2)微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞.凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6缩孔,缩松的防止办法基本原则:制定合理工艺—补缩,缩松转化成缩孔.顺序凝固:冒口—补缩同时凝固:冷铁—厚处.减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l)安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.2)非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.3)对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.。

铸钢件常见铸造缺陷及预防措施

铸钢件常见铸造缺陷及预防措施

铸钢件在生产过程中经常会发生各种不同的铸造缺陷,如何预防这些缺陷,一直是铸件生产厂家关注的问题。

本文主要介绍了笔者在这方面的一些认识和实践经验。

我车间主要采用传统湿型砂铸造工艺生产铸钢件,在长期的生产中,发现铸钢件主要出现以下铸造缺陷,砂眼,粘砂,气孔,缩孔,夹砂结疤,胀砂等等。

1砂眼砂眼缺陷处内部或表面有充塞着型(芯)砂的小孔,砂眼是一种常见的铸造缺陷,往往导致铸件报废。

砂眼是由于金属液从砂型型腔表面冲下来的砂粒(块),或者在造型,合箱操作中落人型腔中的砂粒(块)来不及浮入浇冒系统,留在铸件内部或表面而造成的。

砂眼的预防措施:(1)严格控制型砂性能,提高砂型芯的表面强度和紧实度,减少毛刺和锐角,减少冲砂。

(2)合箱前把型腔和砂芯表面的浮砂处理干净,平稳合箱,如果是明冒口或贯通出气眼,应避免散砂从中掉人型腔,合箱后要尽快浇注。

(3)设置正确合理的浇冒系统,避免金属液对型壁和砂芯的冲刷力过大。

(4)浇口杯表面要光滑,不能有浮砂。

2粘砂在铸件表面上,全部或部分覆盖着一层金属(或金属氧化物)与砂(或涂料)的混(化)合物或一层烧结构的型砂,致使铸件表面粗糙,难于清理。

粘砂多发生在型、芯表面受热作用强烈的部位,分机械粘砂和化学粘砂两种。

机械粘砂是由金属液渗入铸型表面的微孔中形成的,当渗入深度小于砂粒半径时,铸件不形成粘砂,只是表面粗糙,当渗入深度大于砂粒半径时,就形成机械粘砂,化学粘砂是金属氧化物和造型材料相互进行化学作用的产物,与铸件牢固地结合在一起而形成的。

粘砂的预防措施:(1)选用耐火度高的砂,以提高型砂,芯砂的耐火度,原砂的SiO2含量在96%(质量分数)以上,而且砂粒应对粗些。

铸钢件的浇注温度越高,壁厚越厚,对原砂中SiO2含量的要求越高。

(2)适当降低浇注温度和提高浇注速度,减轻金属液对砂型的热力学和物理化学作用。

(3)砂型紧实度要高(通常大于85)且均匀,减少砂粒间隙;型、芯修补到位,不能有局部疏松。

缩孔、缩松的预测

缩孔、缩松的预测

铸铁缩孔、缩松的热分析测量与预防天津汇丰探测装备有限公司马建华概述:铁水质量的热分析方法源于金属学中的相图理论,在发达国家早已广泛用于铁水的在线检测和控制,是高质量铸铁生产中依赖的检测手段,在提高资源利用率、节能减排中发挥着重要的作用。

随着我们对热分析技术的了解,能够改变我们以往仅从成分角度来进行材质控制的初级状态。

可以使我们对活性成分的概念、型核物质的作用、消除缺陷的机理从理念上发生质的飞跃。

为了使大家能够掌握热分析技术的优势,正确使用热分析解决生产中具体的质量问题,普遍提高我国的铸件材质水平和参与国际市场竞争的能力。

在此依个人之浅见就热分析测量和预防缩孔、缩松方面的作用,向大家做一个介绍。

一、热分析测量缩孔、缩松的方法取铁水浇入H-3QG样杯,用HF-08H型炉后铁水质量管理仪对孕育或球化后的铁水进行热分析。

热分析仪首先记录下样杯内铁水的凝固温度曲线:炉后铁水质量管理仪通过对凝固温度曲线的解析,找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。

将相变特征参数值带入数学模型,即可计算出铁水凝固组织中的:初生奥氏体生成量、过冷段石墨生成量、再辉后石墨生成量,进而可以计算出凝固组织的缩孔概率和缩松概率。

二、热分析测量缩孔概率的机理:铁水降温到初晶温度点(TL),在铸型的激冷作用下首先凝固出一个封闭的激冷壳。

从初晶温度点(TL)到共晶过冷点(TEL)的凝固过程,是初生奥氏体晶芽生长成树枝状奥氏体枝晶的过程。

由于液态的铁水可以在树枝状枝晶间流动,降温、凝固收缩产生的体积空位,可由上部的液态铁水绕过树枝状枝晶进行填补。

因此在封闭的激冷壳内,凝固产生的体积收缩经流动铁水的补充后,在中心的上部合并成一个集中的体积空位,这就是缩孔的形成过程。

热分析能够测量出凝固铁水的初晶温度点(TL)和共晶过冷点(TEL),可以通过测量凝固铁水在这个区间释放的热量,计算出初生奥氏体生成量和体积收缩率。

因此可以在浇注前预测铁水的缩孔率。

简而言之:从初晶点(TL)到共晶过冷点(TEL)的凝固过程,放热量越大被测铁水的缩孔率越大。

铸件凝固过程几何模拟的缩孔缩松预测方法

铸件凝固过程几何模拟的缩孔缩松预测方法

铸件凝固过程几何模拟的缩孔缩松预测方法
涂明武;王文清;黄志光;戴绪绮;安阁英
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】1995(0)2
【摘要】以预测缩孔缩松判据G/为基础,经过转换、推导,得出适合于几何模拟的新判据(dM/dL).,并编制了预测缩孔缩松的几何模拟软件。

这种预测方法操作简单,计算迅速,可对铸件工艺图上指定部位进行预测,与模数法设计铸造工艺相辅相成。

【总页数】2页(P29-30)
【关键词】几何模拟;缩孔;缩松预测;铸件;凝固过程
【作者】涂明武;王文清;黄志光;戴绪绮;安阁英
【作者单位】华中理工大学,哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG244.3
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缩孔与缩松

缩孔与缩松

缩孔与缩松缩孔缩松机械114硕陈聪概述· 缩孔和缩松是熔模铸件常见缺陷之一。

熔模铸件的生产特点是当灼热的钢液浇注到高温的型壳中,铸件从冷却凝固直到冷至室温,将产生三种收缩,即液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

这是合金重要的铸造性能之一。

其液态收缩和凝固收缩决定了铸件在最后凝固的地方产生缩孔和缩松的大小与分布,固态收缩使铸件产生残余应力,可能引起变形,甚至裂纹。

缩孔的孔洞。

一是什么?· 定义:液态金属凝固过程中由于体积收缩所形成· 特征:分布特征为集中缩孔,缩孔形状不规则,表面粗糙,产生在铸件热节和最后凝固部位,常伴有粗大树枝晶、夹杂物、气孔、裂纹、偏析等缺陷。

· 鉴别方法:铸件内部的缩孔,一般采用超声探伤或射线探伤法进行检验。

敞露在铸件表面的缩孔用肉眼即可确定。

表面有缩陷、胀型、缩沉等缺陷的铸件,内部往往有缩孔缺陷。

缩松是什么· 定义:缩松是指铸件最后凝固的区域没有得到液态金属或合金的补缩形成分散和细小的缩孔。

· 特征:常分散在铸件壁厚的轴线区域、厚大部位、冒口根部和内浇口附近。

当缩松与缩孔容积相同时,缩松的分布面积要比缩孔大得多。

缩松隐藏于铸件的内部,外观上不易被发现。

二产生部位· (1)缩孔产生的部位:缩孔产生在铸件最后凝固并且得不到充分补缩的部位,它常产生在铸件的热节处。

因为它产生的部位还与内浇口在铸件上开设的部位、铸件上各部分不同的散热条件、浇注系统对铸件散热的影响以及同一模组上各铸件之间相互位置对散热的影响等因素都有关。

可以用画凝固等温线或画内切圆法估计缩孔的部位,也可以解剖铸件,确定铸件是否产生缩孔及其部位。

产生部位· (2)缩松产生的部位:缩松总是产生在铸件上冷却相对缓慢的部位,如铸件的热节处、壁的转接R 处、距离很近的夹壁处、内浇口附近或紧挨缩孔的下面。

三如何产生缩孔的形成过程如图所示,a液态合金填满铸型后,b因铸型吸热,靠近型腔表面的金属很快就降到凝固温度,凝固成一层外壳,c 随着温度的降低,外壳逐渐加厚,由于液态收缩和凝固收缩造成的体收缩大于已凝固外壳的固态收缩,所以,在重力的作用下,液体与顶面脱开,逐渐下降,出现了较大的空洞。

材料成形基本原理第三节 缩孔与缩松

材料成形基本原理第三节 缩孔与缩松

缩孔的形成机理
纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄 的合金,在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固
的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的
液态收缩和凝固收缩大于固态收缩,从而在铸
件最后凝固部位形成尺寸较大的集中缩孔。
铸件中缩孔形成过程示意图
缩松的形成机理
结晶温度范围较宽的合金,一般按照体积凝固的方式凝固, 凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶。当固相达到一 定数量形成晶体骨架时,尚未凝固的液态金属便被分割成一个个 互不相通的小熔池。在随后的冷却过程中,小熔池内的液体将发 生液态收缩和凝固收缩,已凝固的金属则发生固态收缩。由于熔 池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩,两者之差引 起的细小孔洞又得不到外部液体的补充,便在相应部位形成了分 散性的细小缩孔,即缩松。
4.0
23..13 -41..65
灰白铸口铁铸的铁缩的前收膨缩胀率具高有,自产补生缩作 用裂,纹缩、孔缩与孔缩、松缩的松倾的向倾较向小大。。
灰铸铁和球墨铸铁共晶石墨长大示意图
C C
C C
缩松的特点
缩松多出现于结晶温度范围较宽的合金中; 显微缩松一般出现在枝晶间和分枝之间; 常分布在缩孔附近或铸件厚壁的中心部位;
体?积凝凝固固 层?状凝凝固固
A
B
m
n
体树缩积枝松凝晶固 TL
G TS
层胞缩状孔凝晶固
TL TS G
铸件热节处的缩孔与缩松
三、缩孔与缩松的形成机理
缩孔的形成 缩松的形成
表表1111--42 亚亚共共晶晶铸铸铁铁的的凝液固态体收收缩缩率率εεVV液凝
碳碳的的质质量量分分数数 wC/wC%/ %2.0 2.02.5 2.53.03.0 3.35.5 ε凝V固液(收T缩浇-率TL=白1口00铸℃铁)/%5.1 1.54.6 1.74.21.8 3.27.0 ε εV液V(凝 T/浇%=140灰0℃铸)铁/% 4.3 0.62.8 1.41.42.3 -03..14

二、铸件中的缩孔和缩松

二、铸件中的缩孔和缩松
二、铸件中的缩孔和缩松 Shrinkage void and Porosity
1、缩孔与缩松的形成 、 (1)缩孔(又称集中缩孔) 形成 形状:倒锥形 形成部位:最后凝固处 易形成缩孔的合金:纯金属,共晶成分 的合金→逐层凝固
• • • •
图2-4 缩孔形成过程
Fig.2Fig.2-4 The formation of Shrinkage Void
• •
图2-8 热应力的形成
The formation of Thermal Stress
Internal Stress,Deformation and Crack of Casting
• 结论:铸件中厚的部分最后冷却,总是 受拉应力,反之,薄的部分受压应力。 • 热应力的预防:采用同时凝固的方法 •
§3 铸造内应力、变形和裂纹
Internal Stress,Deformation and Crack of Casting
铸造内应力:铸件冷却时因固态收缩受 阻碍,在铸件内部产生的应力。 一、内应力的形成 类型— 热应力、机械应力 1、热应力 热应力的形成 形成原因—铸件的壁厚不均匀,冷却和 收缩先后不一致造成内应力。
(不管壁厚如何,同时一起收缩,可避 免热应力的产生)。 适用的合金:普通灰口铸铁(缩孔缩松 倾向小),锡青铜
图2-9 同时凝固的原则
2、机械应力
二、铸件的变形与预防
Deformation of the Cast and Its Prevention
具有内应力的铸件处在一种不稳定的状 态— 它会通过适当的变形来减缓自身的 内应力,趋于一种稳定状态。 例1 T型型材的变形 例2 机架的变形 例3 机床床身
宏观缩松和微观缩松的形成
2、缩孔和缩松的防止

缩孔的推断方法

缩孔的推断方法

缩孔的推断方法要正确预测缩孔产生的位置,形状,大小,就必须精确地考虑凝固数学模型和缩孔产生的机理。

但是,真正要做到精确这一步现在的科学技术还无法达到。

研究工作者尝试了多种的方法努力向精确的预测靠近,在此简要归纳如下。

1.等温曲线法该法是求解缩孔产生的充分条件,分成固相线温度法和临界固相率法,两者都是应用于非稳态传热问题的凝固解析,求出固相率随时间的变化, 产生封闭环时,该封闭环内即产生缩孔(如图2.2所示)。

图2.2 由临界固相率法推定缩孔假设20s和40s的等固相率曲线之间的区域在这个时间内达到临界固相率f SC,80s 时出现的封闭环已经孤立,与冒口之间的联系被切断,得不到金属液的补缩,从而产生了缩孔。

如图2.3所示有一个不锈钢铸件预测结果和实验结果的比较,考虑临界固相率为0.7时,比较结果有较好的吻合。

图2.3 计算预测和实验的比较2.温度梯度法这是从凝固末期的温度梯度来推断缩孔的方法。

其思路是某一要素的温度达到固相线温度T s时,求出与该要素接触的其他要素之间的温度梯度的最大值G,即G=max{(T j-T s)/Δl} (T j为未凝固要素的温度, Δl为要素间的距离)。

该温度梯度低于某一临界值以下就产生缩孔。

该法通过温度分布在预测缩孔的同时间接地考虑了流动阻力。

凝固末期的温度梯度小意味着温度均一,为此固相率大的区域流动阻力亦大,易产生缩孔。

3.流动传导法这是对温度梯度法进行改进,直接考虑了流动阻力。

某一要素i的固相率达到临界固相率时,找出周围临界固相率以下的要素j,最大的流动传导可以用下式求出。

K d=max{K/(μf1Δl)}μ是液相的粘度,f1 ------是i,j两要素间的平均液相率K-------是i,j两要素间的平均透过率。

该值越小补缩越难。

4.固相率梯度法比如共晶合金在一定的温度下凝固,无法求解温度梯度,此时可用固相率梯度法。

三.铝合金砂型铸件的凝固解析例考虑Al-Si-Mg合金砂型铸造的两种工艺方案,如图2.4所示。

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第一节 收缩缺陷预测方法及判据
G / R C NiYama
G 为判别区域的局部温度梯度; R 冷却速度; C NiYama为有量刚量,一般取 1C C 1/ 2 min 1/ 2 cm1
CNiYama 值随铸件大小变化,大件取1.1CC1/ 2 min 1/ 2 cm1 研究表明 ,
3
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
Hale Waihona Puke 1 、等温曲线法 如果铸件各个部位始终保持着与冒口之间的补缩通 道,亦即严格遵循顺序凝固原则,缩孔就不会产生。 反之,如果这个通道在铸件凝固结束之前截断,就会 产生缩孔。反映在温度场上,就是等温线形成了封闭的 回路。如图1-1所示。
4
图1-1 等温曲线法与等固相率曲线法预测缩孔位置示意图
铸造过程计算机模拟讲义
铸件凝固过程 缩孔、缩松预测 郭志宏
1
内容 1、收缩缺陷预测方法及判据
(1)等温曲线法
(2)温度梯度法 (3)流导法 (4)G f (5)新山英辅(NiYama)判据 2、铸件凝固过程数值模拟工程应用
2
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
铸件凝固过程数值模拟的主要目的就是要预测铸件 凝固过程中缩孔、缩松的形成,从而实现对铸件内部质 量的控制。 不同合金的缩孔、缩松形成机理不同,需要加以研 究而提出相应的缩孔、缩松形成的预测判据。 下文介绍铸钢件缩孔、缩松的预测。
如果G<Gc(临界温度梯度),则该单元将产生收缩 缺陷。 正如临界固相率一样,临界温度梯度Gc也须通过实验 测定,且其影响因数众多(形状、冷速),不同研究者得 到的结果差别很大,限制了本法的广泛应用。
3 、流导法
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第一节 收缩缺陷预测方法及判据 (1)流导定义 前述两种方法是以凝固后期的温度梯度为出发点 处理收缩问题的。而流导法正是基于对流动阻力的考 察而提出的。 凝固后期残留液相在枝晶间的流动可视为流体在 多孔透气性介质内的流动,因而压力损失Δp和流动速 度v之间的关系可由达西定律来描述(不考虑重力), 则:
与上同理,此值的确定应取单元i与其临近各单元间诸
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第一节 收缩缺陷预测方法及判据 值中的最大值,并以它为该单元的 G f
G f
当此值小于某临界值时,将产生缩孔。
该方法,摆脱了前述3种方法临界值受铸件形状和 大小的制约,相比更为合理。
16
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
6. 新山英辅(NiYama)判据——预测微观缩松 在早期凝固模拟中存在各种各样的预测方法,后来逐 渐广泛应用新山英辅(NiYama)判据,即:
第一节 收缩缺陷预测方法及判据 温度梯度法就是根据凝固后期的温度梯度大小,来 预测是否存在收缩缺陷。 温度梯度可利用温度场的模拟结果定义:
Ti Te G max( ) Li
Te 任意计算单元e温度; Ti 相邻单元i的温度;
Li 计算单元e与相临单元i的节点间距。
9
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
K Kd , g L L K
ki k j 2 2
(平均渗透率) (平均液相率)
g L=
g Li g Lj
L-i,j单元的节点间距。
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第一节 收缩缺陷预测方法及判据
然后在各个流导值中取最大者为单元i的流导,即:
Kd
k max( ) g L L
如此流导值小于某一临界流导值,则该单元将产生收缩缺陷。 铸钢临界流导值:
t
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第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-1 立方体铸件及其缺陷
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第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-2 T形铸件及其缺陷
21
第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-3 H形铸件及其缺陷
22
第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-4 铸件原始工艺数值模拟结果
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第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-5 铸件优化工艺数值模拟结果
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第二节 铸件凝固过程数值模拟工程应用
Fig. 2-6 铸件优化工艺数值模拟结果
25
K d (0.6 ~ 1.2) 10 6 mm /(Pa s)
14
第一节 收缩缺陷预测方法及判据 (3) 评价 就考虑到缩孔形成机理而言,流导法比温度梯 度法有改进,但它仍然存在着和前述几种方法同样 的缺点,即临界流导的大小因铸件形状、大小和冷 速等因数而异。 4、 G f 和G / R法 (1) G f 式中 f 指计算单元i的凝固时间。
,小件取 0.8CC1/ 2 min 1/ 2 cm1
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第一节 收缩缺陷预测方法及判据 由于临界值比较固定,因此该判据简单易用,应用 较普遍。
在NiYama判据中,单元(i,j,k)的温度梯度G为 该单元与固相相邻各单元的温度梯度最大值。
冷却速度为:R
1 Ti ,mj ,k Ti ,mj ,k
6
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
2 、温度梯度法 铸件在凝固过程中存在着朝向冒口的补缩通道,但 在(a)中,温度梯度大,补缩通道的扩张就大,补缩就 充分。而(b)中,因温度梯度小,虽也存在补缩通道, 但补缩就很困难,冒口无法发挥补缩作用。如图1-2所示。
7
图1-2 不同的温度梯度导致补缩难易不同
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
根据scheil方程,固相率与温度关系是一一对应的, 因而,缩孔也就是将在fs=1(纯金属、共晶合金、窄结 晶温度范围的合金)或fs=fsc(宽结晶温度范围的合金) 的封闭回路内产生。(fsc代表临界固相率) 本法简单实用,但没有充分考虑收缩缺陷产生的各种 条件机理,而且有时等温曲线呈U形而不封闭,实际补缩 困难,用此法就无从判断。
p
g L x
K
V
11
第一节 收缩缺陷预测方法及判据
g L x
上式系数 即可视为流动阻力,据此可将流导 K Kd定义为流动阻力的倒数,即:
K Kd g L x
K-渗透率;gL-体积液相率;μ-动力粘度。 (2)数值模拟中流导的应用
12
第一节 收缩缺陷预测方法及判据 Kd应用于数值模拟计算时,当i单元的固相率达到临 界固相率附近,则分别计算它与各相邻单元之间的流导:
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