【材料成型原理--铸造】第14章 缩孔与缩松
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• 所以，灰铸铁件产生缩松的倾向性较小。
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球墨铸铁的缩前膨胀
• 球墨铸铁在凝固过程中，当石墨球长大到一定程度后， 四周形成奥氏体外壳，碳原子是通过奥氏体外壳扩散到共 晶团中使石墨球长大。
• 当共晶团长大到相互接触后，石墨化膨胀所产生的膨 胀力，只有一小部分作用在晶间液体上，而大部分作用在 相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上，趋向于把它们挤开。因 此，球墨铸铁的缩前膨胀比灰铸铁大得多。
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• 由于按照体积凝固方式凝固，铸件表面在 凝固后期没有形成坚固的外壳，如果铸型刚度 不够，膨胀力将迫使型壁外移。尺寸精度变差。 • 随着石墨球的长大，共晶团之间的间隙逐 步扩大，使得铸件普遍膨胀。共晶团之间的间 隙就是球墨铸铁的显微缩松，并布满铸件整个 断面，所以球墨铸铁铸件产生缩松的倾向性很 大。 • 如果铸件厚大，球墨铸铁铸件这种较大的 缩前膨胀也会导致铸件产生缩孔。 • 如果铸型刚度足够大，石墨化的膨胀力能 够将缩松挤合。在这种情况下，球墨铸铁也可 看作是具有“自补缩”能力。
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片状石墨横向长大的作用
• 被共晶奥氏体包围的片状石墨，由于碳 原子的扩散作用，在横向上也要长大， 但是速度很慢。
• 石墨片在横向上长大而产生的膨胀力作 用在共晶奥氏体上，使共晶团膨胀，并 传到邻近的共晶团上或奥氏体枝晶骨架 上，使铸件产生缩前膨胀。
• 很显然，这种缩前膨胀会抵消一部分自 补缩效果，但是，由于这种横向的膨胀 作用很小而且是逐渐发生的，同时因灰 铸铁在共晶凝固中期，在铸件表面已经 形成硬壳，因此灰铸铁的缩前膨胀一般 只有0.1％-0.2％左右。
对于Bi、Sb合金，在凝固过程中体积不但不收缩，反而膨胀， 因此，其凝固收缩率为负值。
• 3．固态收缩：金属在固相线以下发生的体收缩。
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铸钢的收缩 1液态收缩 2凝固收缩：状态改变和温度降低
3 固态收缩：珠光体转变前收缩 共析转变膨胀（铁素体膨胀+渗碳体收缩） （ 马氏体膨胀） 珠光体转变后收缩
V V (T0 T1 ) 100 % L L (T0 T1 ) 100 %
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收缩三来自百度文库阶段
铸造合金从浇注温度冷却到常温，一般要经历以下三个收缩阶段：
• 1．液态收缩：合金从浇注温度冷却到液相线温度发生的体收缩。
• 2．凝固收缩：金属从液相线温度到固相线温度间产生的体收缩。
对于纯金属和共晶合金，凝固期间的体收缩是由于状态的改变， 与温度无关，具有一定的数值。
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铸铁的收缩 1液态收缩 2凝固收缩：白口铁参考铸钢（两部分）
灰口铁有石墨膨胀 3固态收缩：
珠光体转变前收缩 共析转变膨胀（铁素体膨胀+渗碳体收缩、石墨 膨胀） 珠光体转变后收缩
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第二节 缩孔与缩松的形成机理
1、缩孔：铸造合金在凝固过程中，由于液态收缩和凝固 收缩的产生，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称 为缩孔，把尺寸较大而且集中的孔洞称为集中缩孔，简 称缩孔。
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缩凹的产生
在液态金属中含气量不大的情况下，当液 态金属与顶面层脱离时，液面上部要形成真空。 在大气压力的作用下，顶面固体层可能向缩孔 方向凹进去。因此缩孔应包括外部的缩凹和内 部的缩孔两部分。当铸件顶面薄层强度很大时， 也可能不出现缩凹。
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形成缩孔的原因及条件
• 1、基本原因： 合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。
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形成缩松的原因及条件
1、形成缩松基本原因和形成缩孔是相同的： 合金的液态收缩值和凝固收缩值之和大于固
态收缩。
2、形成缩松的条件： 合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固
方式。
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三、灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松
• 共晶灰铸铁和球墨铸铁有一个共同点，这就是初生奥氏体枝晶 具有很大连成骨架的能力，使补缩通道受阻。因此，这两种铸 铁都有产生缩松的可能性，但是，由于它们的共晶凝固方式和 石墨长大的机理不同，产生缩孔和缩松的倾向性有很大差别。
• 2、条件： 铸件由表及里逐层凝固。
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二、缩松的形成
当某种成分下的合金结晶温度范围较宽时， 通常按体积凝固的方式凝固。凝固区域宽，晶 体容易发展成为树枝发达的粗大等轴晶，当固 相约占70％(体积分数)时，尚未凝固的液体被 分割为一个个互不相通的小熔池。
随温度降低，同样要发生液态收缩、凝 固收缩和固态收缩，由于合金的液态收缩和凝 固收缩大于固态收缩，出现的细小孔洞得不到 外部合金液的补充而形成分散性的细小缩孔， 即缩松。
材料成形原理
第十四章 缩孔与缩松
材料成型与控制专业
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第一节 收缩的基本概念
1、收缩 （1）液态金属在冷却过程中，随着温度下降，空
穴数量减少，原子集团中原子间距缩短，液态金属的 体积减小；
（2）液态金属发生凝固时，状态的变化也导致金 属体积显著减小；
（3）金属在固态下继续冷却，原子间距还要缩短， 体积会进一步减小。
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凝固方式
共同点：奥氏体迅速达到中心，形成骨架，难于补缩 不同点：灰铁共晶区小，中间凝固，有凝固外壳
球铁共晶区大，体积凝固，无凝固外壳（石墨膨胀产生变形）
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长大机制
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灰铸铁的“自补缩能力”
灰铸铁共晶团中的片状石 墨，与枝晶间的共晶液体直接 接触，因此片状石墨长大时所 产生的体积膨胀大部分作用在 所接触的晶间液体上，迫使它 们通过枝晶间通道去充填奥氏 体枝晶间由于液态收缩和凝固 收缩所产生的小孔洞，从而大 大降低了灰铸铁产生缩松的严 重程度。这就是灰铸铁的所谓 “自补缩能力”。
2、缩松：尺寸细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简 称缩松。
3、对铸件性能的影响 1）减少铸件的有效受力面积，在尖角处产生应
力集中，导致裂纹的出现，显著降低其力学性能。 2）降低铸件的气密性，降低其承压能力。
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一、缩孔的形成
纯金属、共晶成分合金和窄结晶温度范围的合金， 按逐层凝固方式凝固，由于其凝固前沿直接与液态金属 接触，当液体金属凝固成固体而发生体积收缩时，可以 不断得到液体的补充，在铸件最后凝固的地方产生缩孔。
把铸件在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的 体积减小现象称为收缩。
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• 2、体收缩 金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩。
• 3、线收缩 金属在固态时从高温到常温的线尺寸改变
量称为线收缩。
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• 4、收缩率 在实际使用中，通常用相对收缩来表示金属的收缩特性，把
这一相对收缩称为收缩率。
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球墨铸铁的缩前膨胀
• 球墨铸铁在凝固过程中，当石墨球长大到一定程度后， 四周形成奥氏体外壳，碳原子是通过奥氏体外壳扩散到共 晶团中使石墨球长大。
• 当共晶团长大到相互接触后，石墨化膨胀所产生的膨 胀力，只有一小部分作用在晶间液体上，而大部分作用在 相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上，趋向于把它们挤开。因 此，球墨铸铁的缩前膨胀比灰铸铁大得多。
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• 由于按照体积凝固方式凝固，铸件表面在 凝固后期没有形成坚固的外壳，如果铸型刚度 不够，膨胀力将迫使型壁外移。尺寸精度变差。 • 随着石墨球的长大，共晶团之间的间隙逐 步扩大，使得铸件普遍膨胀。共晶团之间的间 隙就是球墨铸铁的显微缩松，并布满铸件整个 断面，所以球墨铸铁铸件产生缩松的倾向性很 大。 • 如果铸件厚大，球墨铸铁铸件这种较大的 缩前膨胀也会导致铸件产生缩孔。 • 如果铸型刚度足够大，石墨化的膨胀力能 够将缩松挤合。在这种情况下，球墨铸铁也可 看作是具有“自补缩”能力。
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片状石墨横向长大的作用
• 被共晶奥氏体包围的片状石墨，由于碳 原子的扩散作用，在横向上也要长大， 但是速度很慢。
• 石墨片在横向上长大而产生的膨胀力作 用在共晶奥氏体上，使共晶团膨胀，并 传到邻近的共晶团上或奥氏体枝晶骨架 上，使铸件产生缩前膨胀。
• 很显然，这种缩前膨胀会抵消一部分自 补缩效果，但是，由于这种横向的膨胀 作用很小而且是逐渐发生的，同时因灰 铸铁在共晶凝固中期，在铸件表面已经 形成硬壳，因此灰铸铁的缩前膨胀一般 只有0.1％-0.2％左右。
对于Bi、Sb合金，在凝固过程中体积不但不收缩，反而膨胀， 因此，其凝固收缩率为负值。
• 3．固态收缩：金属在固相线以下发生的体收缩。
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铸钢的收缩 1液态收缩 2凝固收缩：状态改变和温度降低
3 固态收缩：珠光体转变前收缩 共析转变膨胀（铁素体膨胀+渗碳体收缩） （ 马氏体膨胀） 珠光体转变后收缩
V V (T0 T1 ) 100 % L L (T0 T1 ) 100 %
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收缩三来自百度文库阶段
铸造合金从浇注温度冷却到常温，一般要经历以下三个收缩阶段：
• 1．液态收缩：合金从浇注温度冷却到液相线温度发生的体收缩。
• 2．凝固收缩：金属从液相线温度到固相线温度间产生的体收缩。
对于纯金属和共晶合金，凝固期间的体收缩是由于状态的改变， 与温度无关，具有一定的数值。
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铸铁的收缩 1液态收缩 2凝固收缩：白口铁参考铸钢（两部分）
灰口铁有石墨膨胀 3固态收缩：
珠光体转变前收缩 共析转变膨胀（铁素体膨胀+渗碳体收缩、石墨 膨胀） 珠光体转变后收缩
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第二节 缩孔与缩松的形成机理
1、缩孔：铸造合金在凝固过程中，由于液态收缩和凝固 收缩的产生，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称 为缩孔，把尺寸较大而且集中的孔洞称为集中缩孔，简 称缩孔。
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缩凹的产生
在液态金属中含气量不大的情况下，当液 态金属与顶面层脱离时，液面上部要形成真空。 在大气压力的作用下，顶面固体层可能向缩孔 方向凹进去。因此缩孔应包括外部的缩凹和内 部的缩孔两部分。当铸件顶面薄层强度很大时， 也可能不出现缩凹。
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形成缩孔的原因及条件
• 1、基本原因： 合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。
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形成缩松的原因及条件
1、形成缩松基本原因和形成缩孔是相同的： 合金的液态收缩值和凝固收缩值之和大于固
态收缩。
2、形成缩松的条件： 合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固
方式。
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三、灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松
• 共晶灰铸铁和球墨铸铁有一个共同点，这就是初生奥氏体枝晶 具有很大连成骨架的能力，使补缩通道受阻。因此，这两种铸 铁都有产生缩松的可能性，但是，由于它们的共晶凝固方式和 石墨长大的机理不同，产生缩孔和缩松的倾向性有很大差别。
• 2、条件： 铸件由表及里逐层凝固。
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二、缩松的形成
当某种成分下的合金结晶温度范围较宽时， 通常按体积凝固的方式凝固。凝固区域宽，晶 体容易发展成为树枝发达的粗大等轴晶，当固 相约占70％(体积分数)时，尚未凝固的液体被 分割为一个个互不相通的小熔池。
随温度降低，同样要发生液态收缩、凝 固收缩和固态收缩，由于合金的液态收缩和凝 固收缩大于固态收缩，出现的细小孔洞得不到 外部合金液的补充而形成分散性的细小缩孔， 即缩松。
材料成形原理
第十四章 缩孔与缩松
材料成型与控制专业
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第一节 收缩的基本概念
1、收缩 （1）液态金属在冷却过程中，随着温度下降，空
穴数量减少，原子集团中原子间距缩短，液态金属的 体积减小；
（2）液态金属发生凝固时，状态的变化也导致金 属体积显著减小；
（3）金属在固态下继续冷却，原子间距还要缩短， 体积会进一步减小。
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凝固方式
共同点：奥氏体迅速达到中心，形成骨架，难于补缩 不同点：灰铁共晶区小，中间凝固，有凝固外壳
球铁共晶区大，体积凝固，无凝固外壳（石墨膨胀产生变形）
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长大机制
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灰铸铁的“自补缩能力”
灰铸铁共晶团中的片状石 墨，与枝晶间的共晶液体直接 接触，因此片状石墨长大时所 产生的体积膨胀大部分作用在 所接触的晶间液体上，迫使它 们通过枝晶间通道去充填奥氏 体枝晶间由于液态收缩和凝固 收缩所产生的小孔洞，从而大 大降低了灰铸铁产生缩松的严 重程度。这就是灰铸铁的所谓 “自补缩能力”。
2、缩松：尺寸细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简 称缩松。
3、对铸件性能的影响 1）减少铸件的有效受力面积，在尖角处产生应
力集中，导致裂纹的出现，显著降低其力学性能。 2）降低铸件的气密性，降低其承压能力。
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一、缩孔的形成
纯金属、共晶成分合金和窄结晶温度范围的合金， 按逐层凝固方式凝固，由于其凝固前沿直接与液态金属 接触，当液体金属凝固成固体而发生体积收缩时，可以 不断得到液体的补充，在铸件最后凝固的地方产生缩孔。
把铸件在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的 体积减小现象称为收缩。
2/28
• 2、体收缩 金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩。
• 3、线收缩 金属在固态时从高温到常温的线尺寸改变
量称为线收缩。
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• 4、收缩率 在实际使用中，通常用相对收缩来表示金属的收缩特性，把
这一相对收缩称为收缩率。