10.3 缩孔与缩松的形成原理
缩孔与缩松
缩松形成过程
• 合金的凝固温度间隔比较宽，有时型壳的散热又比较慢，使凝固时合 金中两相区较宽,这就使铸件产生缩松,如上图 。a浇注后的某一时刻, 铸件截面上的三个区域分布。b随着温度的降低,铸件中的纯液相不存 在，成为固态和液态共存的凝固区域。枝晶间的通道变窄,阻碍较大, 合金的流动性变差,铸件中心的液态不易对较远的细小空洞进行补缩, 而且枝晶之间互相搭接,甚至形成与中心液态相隔绝的微小孔洞,根本 无法补缩。c合金凝固完毕,在铸件上就形成了很多分散而细小的缩松。
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ห้องสมุดไป่ตู้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。
缩孔和缩松及其控制方法
缩孔和缩松及其控制方法缩孔和缩松是在材料加工和制造过程中常见的问题，对于产品的质量和性能有着重要影响。
本文将分别介绍缩孔和缩松的概念、原因以及控制方法。
一、缩孔缩孔指的是材料加工或制造过程中产生的孔洞或空隙，一般是由于材料内部气体无法完全排除或者材料收缩不均匀而引起的。
缩孔问题会导致产品的力学性能下降、密封性能降低以及外观质量不佳等问题。
造成缩孔的原因有多种，主要包括以下几个方面：1. 材料本身的问题：一些材料由于其特殊的化学成分或物理性质，容易产生气泡或者孔洞。
这些材料在加工或制造过程中容易出现缩孔问题。
2. 加工工艺的问题：加工过程中，如果温度、压力或者速度等参数控制不当，都有可能导致缩孔问题的发生。
例如，如果温度过高或者加热速度过快，就容易在材料内部产生气泡或者孔洞。
3. 设备的问题：加工设备的性能和状态也会影响材料的缩孔情况。
如果设备的密封性不好或者加工条件不能满足要求，就有可能导致缩孔问题。
针对缩孔问题的控制方法主要包括以下几个方面：1. 材料选择：选择合适的材料对于缩孔问题的控制非常重要。
一些具有较低缩孔倾向的材料可以有效地减少缩孔问题的发生。
2. 加工工艺优化：通过合理调整加工工艺参数，如温度、压力、速度等，可以减少缩孔问题的发生。
例如，采用适当的加热温度和加热时间可以降低材料内部气泡的产生。
3. 设备改进：改进加工设备的密封性能和控制能力，能够有效地减少缩孔问题。
定期检查和维护设备，确保其处于良好的工作状态也是很重要的。
二、缩松缩松是指在材料加工或制造过程中，由于材料的收缩不均匀而导致的形状尺寸偏差。
缩松问题会导致产品的尺寸不准确，甚至无法满足设计要求。
造成缩松的原因主要包括以下几个方面：1. 材料本身的问题：一些材料由于其特殊的物理性质，在加工或制造过程中容易出现收缩不均匀的情况，从而导致缩松问题的发生。
2. 加工工艺的问题：加工过程中，如果温度、压力或者速度等参数控制不当，都有可能导致材料收缩不均匀，出现缩松问题。
缩孔与缩松
缩孔与缩松杨群收汇编铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔，称为缩孔。
容积大而集中的孔称为集中缩孔，或简称缩孔；细小而分散的孔称为分散性缩孔，简称缩松，缩松的形状不规则、表面不光滑，可以看到发达的树枝晶末梢，有时呈氧化现象发青，可以和气孔区别开来。
在铸件中存在任何形态的缩孔都会由它们而减少受力的有效面积，以及在缩孔处产生应力集中现象，而使铸件的机械性能显著降低。
因此，缩孔是铸件的重要缺陷之一，必须设法防止。
一、产生缩孔缩松的因素缩孔形成的因素和过程是很复杂的，各种合金产生缩孔的过程及缩孔量的大小也各不相同，必须说明铸件的缩孔体积和合金的总的收缩（即液态收缩，凝固收缩和固态收缩之和）并不是同等的概念，但是这三个阶段的收缩对缩孔却能产生影响。
要研究如何解决缩孔问题，必须了解两个问题，一、合金的凝固特性和凝固收缩过程。
以铸铁为例，其凝固特性逐层凝固，其总的收缩过程即液态收缩、凝固态收缩（与石墨膨胀共存）和固态收缩。
二、决定铸铁收缩的影响因素主要是三个方面；即浇注温度，石墨析出量（化学成分及冷却方法）和铸型刚度（型壁移动）。
对以上专业词语，结合图形作简单通俗说明，从理论概念上知道一些。
液态收缩：从浇注温度到开始结晶。
（冒口起补缩作用）凝固态收缩：从开始结晶到完全成固态，在这个阶段里存在液态，枝晶状亚固态，石墨生成。
（工艺措施及压力起补偿作用）以上两个阶段是合金的体收缩阶段，在这两个阶段里要防止铸件的缩孔，主要靠冒口，冒口高度，浇注方法及工艺上的措施。
固态收缩：从完全凝固成固态，到室温阶段的收缩，在这个阶段的收缩是线收缩（靠制作模型时放的缩尺，来弥补线收缩时铸件几何尺寸的减少）。
固态收缩对铸件的缩孔一般影响不大，但是在降温线收缩过程中，往四周拉扯的应力也可使缩孔增大些。
铸铁的缩孔量也可以下式表示：缩孔量（%）=液态收缩+凝固态收缩+固态收缩-石墨膨胀对于缩孔的形成，金属的液态收缩和凝固态收缩远大于固态收缩。
焊接缩孔与缩松的机理及因素及防止措施
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
温度 /℃ 温度 温度 m ＝ （ 100 ％ n （ T ) L S ) V（ LS） 0 L S V 液 V 液 浇 V 凝 S 固 V ( L V 固 /℃ /℃
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a）明缩孔
b）凹角缩孔
c）芯面缩孔
d）内部缩孔
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缩 孔 特 点
常出现于纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围 较窄的以层状凝固方式凝固的铸造合金中； 多集中在铸件的上部和最后凝固的部位；铸件厚 壁处、两壁相交处及内浇口附近等凝固较晚或凝 固缓慢的部位（称为热节），也常出现缩孔； 缩孔尺寸较大，形状不规则，表面不光滑。
金属从浇注温度冷却到室温所产生的体收缩为液
态收缩、凝固收缩和固态收缩之和，即:
εV总＝εV液＋εV凝＋εV固
其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔
和缩松的基本原因 。而固相收缩对应力、变形
与裂纹影响较大。
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二、缩孔与缩松的分类及特征 缩孔 缩松
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（一）影响缩孔与缩松的因素
金属的性质 铸型的冷却能力 (收缩系数α大) (蓄热系数b小)
浇注温度与浇注速度 (高，快） 铸件尺寸 补缩能力 （大） （弱）
例：铸铁的缩孔、缩松倾向
【材料成型原理--铸造】第14章 缩孔与缩松
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收缩三个阶段
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。
• 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。
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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。
金属凝固理论 第12章 缩孔与缩松
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二、收缩的三个阶段
1．液态收缩：铸造合金从浇注温度冷却到液相 线温度发生的体收缩称为液态收缩。
2．凝固收缩：金属从液相线温度到固相线温度 间产生的体收缩称为凝固收缩。
3．固态收缩：金属在固相线以下发生的体收缩 称为固态收缩。
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液态收缩和凝固收缩越严重，缩孔越大； 固态收缩越大，缩孔越小。
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五、铸铁的收缩
1、液态收缩
铸铁的液态体收缩系数v液随碳含 量的提高而增大。
根据状态图，随铸铁的碳含量增加， 其液相线温度下降，温差也增大。
所以，当浇注温度一定时， v液随 碳量的增加而增大。
2、凝固收缩
亚共晶白口铸铁的凝固收缩和碳钢 相似，是状态改变和温度降低共同 作用的结果。
3）机械阻力 当铸件由于本身结构具有突出部分或内腔部分有型芯， 在收缩时会受到铸型和型芯的阻力，而不能自由收缩， 这种阻力称为机械阻力。与造型材料的强度和退让性、 铸型和型芯的紧实度、箱档和芯骨的位置、及铸件本 身的厚度和长度有关。
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第十二章 缩孔与缩松
材料成型与控制专业
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主要内容
第一节 收缩 第二节 缩孔与缩松的形成机理 第三节 影响缩孔与缩松的因素及防止措施
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第一节 收缩
一、收缩的基本概念 1、金属收缩现象 金属从液态转变为固态发生的收缩： ① 液态金属冷却，随着温度下降，空穴数量减
碳钢的凝固收缩率如下表所示。
Wc%
v凝%
0.10 0.25 0.35 0.45 0.70 2.0 2.5 3.0 4.3 5.3
哪些因素影响缩孔、缩松形成,如何采取措施进行防止,举例说明合金成分对形成缩孔和缩松的影响。
➢铸件内应力的预防措施
✓铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。 ✓为了减小铸造内应力，在铸造工艺上可采取同时凝 固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证 铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各 部分同时凝固。 ✓此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法， 将残余应力消除。
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➢合金成分对形成缩孔和缩松的影响
举例：微量B和C对TiAl合金铸锭缩孔缩松的影响 对铸锭进行成分分析并利用体视显微镜和扫描电子显微
镜对铸锭的铸造收缩缺陷和组织进行分析。结果表明： 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 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。
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➢缩孔、缩松形成的影响因素及防止措施
一. 形成原因
2. 工艺设计的原因 ✓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。 ✓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。 ✓浇注方面的原因： 浇注速度越快，缩孔体积越大。浇注温度太高，使液 态金属的液态收缩量增加；太低时，又会降低冒口的补缩能力，特别是采 用底注式浇注系统时更明显，铸件往往在下部产生缩孔和缩松。当冒口没 有浇满或对大中型铸件没有用金属液对明冒口进行补浇时，这将降低冒口 的补缩能力，引起铸件产生缩孔或缩松。
材料工艺基础
作业一
姓名：XXX 学号：309010XXX
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
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。
缩孔和缩松及其控制方法
缩孔和缩松及其控制方法缩孔和缩松是材料加工中常见的问题，会对产品的质量和性能产生不利影响。
本文将首先介绍缩孔和缩松的概念和原因，然后探讨相关的控制方法。
一、缩孔和缩松的概念和原因缩孔是指材料中存在的孔洞或空隙，在加工过程中由于内部应力的作用而发生收缩，导致孔洞的尺寸变小。
缩松是指材料中的实体部分在加工过程中由于受到挤压或拉伸而发生收缩，导致尺寸变小。
缩孔和缩松的产生原因有多种，主要包括材料的物理性质、加工工艺和设备的影响。
材料的物理性质包括材料的组织结构、成分和热膨胀系数等，这些因素会影响材料在加工过程中的变形和收缩特性。
加工工艺中的温度、压力和速度等参数的选择也会影响缩孔和缩松的产生。
设备的精度和稳定性也会对缩孔和缩松产生影响。
二、缩孔和缩松的控制方法为了减少或避免缩孔和缩松的产生，可以采取以下控制方法：1. 材料选择：选择具有较低膨胀系数和较好变形性能的材料，可以减少缩孔和缩松的产生。
此外，还可以选择具有合适组织结构和成分的材料，以提高材料的可加工性。
2. 加工工艺优化：在加工过程中，要合理选择温度、压力和速度等参数，以减少缩孔和缩松的产生。
同时，还需要注意加工工艺中的各个环节，如预处理、加热、冷却和保温等，以确保材料的均匀性和稳定性。
3. 设备维护和调整：保持加工设备的精度和稳定性，及时对设备进行维护和调整，可以减少因设备问题而引起的缩孔和缩松。
此外，还可以通过调整设备的参数，如温度、压力和速度等，来控制缩孔和缩松的产生。
4. 模具设计和加工：合理设计和加工模具，可以减少缩孔和缩松的产生。
模具的结构和形状应与产品的要求相匹配，以确保材料在加工过程中的均匀性和稳定性。
同时，还要注意模具的材料选择和表面处理，以提高模具的耐磨性和抗粘性。
5. 检测和控制：在加工过程中，要建立合适的检测和控制方法，及时发现和解决缩孔和缩松的问题。
可以使用非破坏性检测方法，如超声波检测和X射线检测，来检测材料中的缺陷和孔洞。
浅谈铸件缩孔缩松产生的原因
浅谈铸件缩孔缩松产生的原因铸件缩孔和缩松是出现在铸件制造过程中的常见缺陷，对铸件的质量和性能产生重要影响。
缩孔和缩松的产生主要有以下几个原因：1.缩孔：缩孔是指铸件中出现内部凹陷或空洞的缺陷。
其主要原因如下：-铸型设计不合理：铸型的收缩系统设计不合理、浇注系统设计不合理、毛坯料和铸型之间的空隙设计不合理等，都会导致金属液在凝固过程中无法顺利填充，从而形成缩孔。
-浇注工艺参数不合理：包括浇注温度过低、浇注速度过快、浇注压力不足等。
这些因素都会影响金属液的流动性和凝固过程，从而产生缩孔。
-快速凝固导致温度梯度大：金属液凝固过程中温度梯度大，会加快金属的凝固速度，导致空洞无法充分填充，形成缩孔。
-毛坯料中夹杂物：毛坯料中的夹杂物如气孔、沙眼等也会导致铸件内部形成缩孔。
2.缩松：缩松是指铸件内部存在小裂纹或局部结构不致密的缺陷。
其主要原因如下：-热应力引起的冷裂纹：在铸造过程中，由于金属液凝固和收缩产生热应力，当应力超过金属的强度时，就会发生冷裂纹，形成缩松。
-毛坯中的气体和夹杂物：毛坯中存在气孔、气泡等夹杂物，会导致铸件内部产生局部脱实和裂纹，形成缩松。
-铸造温度过低：铸造温度过低会导致金属液在凝固过程中形成局部冷凝物，使得金属液无法顺利填充，产生缩松。
-浇注系统设计不合理：浇注系统设计不合理会导致金属液流动不畅，使得铸件内部无法顺利充实，形成缩松。
为防止铸造缺陷的产生，可以采取以下措施：-合理设计铸型：铸型的收缩系统设计要合理，保证金属液顺利充实，并通过改变浇注位置、浇注顺序等因素来减小缩松和缩孔的产生。
-优化浇注工艺参数：要根据具体的铸造材料和结构特点，合理控制浇注温度、浇注速度和浇注压力等参数，以减少缩松和缩孔的产生。
-毛坯清洁处理：在铸造前要对毛坯进行彻底清洁，以排除夹杂物和气泡等缺陷，减少铸件内部缺陷的产生。
-采用适当的热处理工艺：通过热处理来改善铸件内部组织结构，减少缩松和缩孔的产生，提高铸件的力学性能和耐热性能。
二、铸件中的缩孔和缩松
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
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]。
10.3 缩孔与缩松的形成原理
a) 明缩孔 b) 凹角缩孔 c) 芯面缩孔 d) 内部缩孔
2 缩松（Porosity） 缩松（ ）
分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中， 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中，常分布在铸件壁的轴线 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。
铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩， 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最 容积大而集中的孔洞称为缩孔， 后凝固的部位出现孔洞 。容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔 洞称为缩松 1 缩孔（Shrinkage hole） 缩孔（ ） 热节：铸件厚壁处、 热节：铸件厚壁处、两壁相交处及内浇口附近等凝固较晚或凝固缓慢的部位 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑， 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑，有枝晶脉络状凸起 分类： 分类：内缩孔和外缩孔
1、液态收缩： ε v液 = α v液 (T浇 − TL ) ×100% 、液态收缩： 2、凝固收缩： 、凝固收缩： 3、固态收缩： ε v固 = α v固 (TS − T室 ) × 100% 、固态收缩：
ε L = α L (TS − T室 ) ×100%
2、铸钢的收缩 、
（1）液态 ） （2）凝固 ）
凝
灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 凝固收缩
（3）铸铁的固体收缩 ）铸铁的固体收缩 曲线
图 Fe-C合金的自由线收缩曲线 合金的自由线收缩曲线 1－碳钢；2－白口铁；3－灰铸铁；4－球墨铸铁 －碳钢； －白口铁； －灰铸铁； －
10.3.2 缩孔与缩松的形成机理
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.。
第14章 缩孔与缩松
§14-3
影响缩孔与缩松的因素及防止措施
产生缩孔、缩松因素与控制： 收缩必然性→缩孔或缩松→取决于凝固方式（层、糊） 影响凝固方式因素： 成分、温度梯度 影响缩孔和缩松大小的因素：金属的性质；铸型条件(激冷能力) 浇注条件；铸件尺寸 缩孔防止：合理设计浇冒口系统 → 缩孔于浇冒口中。 缩松防止：无法通过浇冒口消除。△T↑ 枝晶发达→ 缩松↑
液态金属注入铸型后，首先在表面形成硬壳，其中尚处于液态的
金属在此外壳中冷却时，由于液态和凝固收缩体积缩小。如果所减
小的体积得不到外来金属液的补充，则在铸件中形成集中于某处的 或分散的孔洞一缩孔或缩松。因此，液态收缩和凝固收缩是铸件产 生缩孔和缩松的根本原因。 有一些合金，在凝固过程中体积不但不收缩，反而膨胀，故凝固 收缩率为负值。
③危害： 机械性能、 气密性、耐蚀性、锻造裂纹
铸件中缩孔的形成示意图
Al-4.5%Cu合金中的显微缩松 a.含气量高的显微缩松与球形孔大特点示意图 灰铸铁——“自补缩能力” 球墨铸铁——膨胀力大——若铸型移动——缩松倾向大
若铸型刚性大——自补缩
图 灰铁与球铁在湿砂型中浇注的膨胀曲线 灰铸铁——“自补缩能力” 球墨铸铁——膨胀力大——若铸型移动——缩松倾向大
2、铸钢的收缩
（1）液态 （2）凝固
图 碳钢的比容与温度和含碳量的关系 1－0.35％C；2－0.25%C；3－0.8%C
（3）固态收缩 a.珠光体转变前收缩 b.共析转变期的膨胀
第14章 缩孔与缩松
(三)冒口、补贴和冷铁的应用
• 冒口补贴和冷铁的使用，是防止缩孔和缩松最 有效的工艺措施。 冒口一般应设置在铸件厚壁或热节部位。 冒口的大小应保证铸件被补缩部位最后凝固， 并提供足够的金属液用于补缩需要。 冒口与被补缩部位之间必须有补缩通道。 补贴和冷铁通常是配合冒口设置使用的，可以 造成人为的补缩通道及末端区，延长冒口的有效补 缩距离。此外，冷铁还可以加速铸件壁局部热节的 冷却，实现同时凝固原则。
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（二）影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔和缩松的因素
• 1．铸铁的成分
（1）共晶灰铸铁，随碳当量增加，共晶石墨的析出量增加，石墨膨 胀量增加，有利于消除缩孔和缩松。 共晶成分灰铸铁是以逐层方式凝固，易形成集中缩孔。但是， 由于共晶转变的石墨化膨胀作用，能抵消甚至超过共晶液体的收 缩，使铸件中不产生缩孔。 （2）球墨铸铁的碳当量对缩松有很大影响。当铸型刚度足够时，利 用共晶石墨化膨胀作用，产生自补缩效果，可以获得致密的铸件。 （3）球墨铸铁中磷含量、残余镁量及残余稀土量过高，都会增加缩 松倾向。 1 ）磷共晶削弱铸件外壳的强度，使其容易变形，增加缩前 膨胀值，松弛了铸件内部压力。 2 ）形成三元磷共晶时，使碳以碳化物的方式析出，减少石 墨析出，促进二次收缩程度的增加。 3 ）镁及稀土会增大白口倾向，减少石墨析出，石墨膨胀作 用减弱。
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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。
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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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③危害： 机械性能、 气密性、耐蚀性、锻造裂纹 危害： 机械性能、 气密性、耐蚀性、
铸件中缩孔的形成示意图
Al-4.5%Cu合金中的显微缩松 合金中的显微缩松 a.含气量高的显微缩松与球形孔洞；b.树枝间的显微缩松 含气量高的显微缩松与球形孔洞； 树枝间的显微缩松 含气量高的显微缩松与球形孔洞
图 铸铁共晶石墨长大特点示意图 灰铸铁——“自补缩能力” “自补缩能力” 灰铸铁 球墨铸铁——膨胀力大 膨胀力大——若铸型移动 若铸型移动——缩松倾向大 球墨铸铁 膨胀力大 若铸型移动 缩松倾向大 若铸型刚性大——自补缩 若铸型刚性大 自补缩
铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩， 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最 容积大而集中的孔洞称为缩孔， 后凝固的部位出现孔洞 。容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔 洞称为缩松 1 缩孔（Shrinkage hole） 缩孔（ ） 热节：铸件厚壁处、 热节：铸件厚壁处、两壁相交处及内浇口附近等凝固较晚或凝固缓慢的部位 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑， 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑，有枝晶脉络状凸起 分类： 分类：内缩孔和外缩孔
3、铸铁的收缩 、
(1)液态收缩 液态收缩
ε v液 = (90 + 30C ) ×10 −6
（2）凝固收缩： ）凝固收缩： 状态改变＋温度降低 状态改变＋ 图 铸铁的收缩过程曲线 1－白口铸铁；2－灰铸铁 －白口铸铁； － 析出1％石墨，体积增大 ％ 析出 ％石墨，体积增大2％
ε v凝 = ε v ( L → S ) + α v ( L → S ) (T浇 − TL )
防止措施 成分选择 浇冒口设计（缩孔）－定向凝固和同时凝固 浇冒口设计（缩孔）－定向凝固和同时凝固 ）－ 高压下浇注与凝固（缩松） 高压下浇注与凝固（缩松） 急冷—减少糊状（缩松），如冷铁 急冷 减少糊状（缩松），如冷铁 减少糊状 ），
定向凝固方式示意图 均匀壁厚铸件定向凝固过程
图 扩展角对补缩困难区的影响
图 灰铁与球铁在湿砂型中浇注的膨胀曲线 灰铸铁——“自补缩能力” “自补缩能力” 灰铸铁 球墨铸铁——膨胀力大 膨胀力大——若铸型移动 若铸型移动——缩松倾向大 球墨铸铁 膨胀力大 若铸型移动 缩松倾向大 若铸型刚性大——自补缩 若铸型刚性大 自补缩
10.3.3 影响缩孔与缩松的因素及防止措施
产生缩孔、缩松因素与控制： 产生缩孔、缩松因素与控制： 因素与控制 收缩必然性→缩孔或缩松 取决于凝固方式 收缩必然性 缩孔或缩松→取决于凝固方式（层、糊） 缩孔或缩松 取决于凝固方式（ 影响凝固方式因素： 成分、温度梯度 影响凝固方式因素： 成分、 影响缩孔和缩松大小的因素： 影响缩孔和缩松大小的因素： 金属的性质；铸型条件(激冷能力 激冷能力) 金属的性质；铸型条件 激冷能力 浇注条件； 浇注条件；铸件尺寸 缩孔防止： 缩孔于浇冒口中。 缩孔防止：合理设计浇冒口系统 → 缩孔于浇冒口中。 缩松防止：无法通过浇冒口消除。 枝晶发达→ 缩松 缩松↑ 缩松防止：无法通过浇冒口消除。△T↑ 枝晶发达
1、液态收缩： ε v液 = α v液 (T浇 − TL ) ×100% 、液态收缩： 2、凝固收缩： 、凝固收缩： 3、固态收缩： ε v固 = α v固 (TS − T室 ) × 100% 、固态收缩：
ε L = α L (TS − T室 ) ×100%
2、铸钢的收缩 、
（1）液态 ） （2）凝固 ）
V1 = V0 [1 − α v (T0 − T1 )]
线收缩——金属在固态时从高温到常温（室温）的线尺 金属在固态时从高温到常温（室温） 线收缩 金属在固态时从高温到常温 寸改变量 L1 = L0 [1 − α L (T0 − T1 )] 体收缩率： 体收缩率： 线收缩率： 线收缩率：
ε v = (V0 − V1 ) / V0 ×100% = α v (T0 − T1 ) ×100% ε L = ( L0 − L1 ) / L0 ×100% = α L (T0 − T1 ) ×100%
凝
灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 凝固收缩
（3）铸铁的固体收缩 ）铸铁的固体收缩 曲线
图 Fe-C合金的自由线收缩曲线 合金的自由线收缩曲线 1－碳钢；2－白口铁；3－灰铸铁；4－球墨铸铁 －碳钢； －白口铁； －灰铸铁； －
10.3.2 缩孔与缩松的形成机理
•缩孔与缩松的分类及特征 缩孔与缩松的分类及特征
第10章 10章
铸件凝固组织的形成与控制
缩孔与缩松的形成原 缩孔与缩松的形成原
§1nkage porosity
10.3.1 金属的收缩 • 1、收缩的基本概念 、
• ——铸件在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的体积 铸件在液态、 铸件在液态 减少。 减少。 体收缩——金属从液态到常温（室温）的体积改变量 金属从液态到常温（室温） 体收缩 金属从液态到常温
铸件热节处的缩孔与缩松
10.3.2 缩孔与缩松的形成机理
①缩孔：凝固体积收缩，得不到液态金属的补充 →逐层凝 缩孔：凝固体积收缩， 逐层凝
固时→ 通过液态金属的流动使收缩集中于铸件最后凝固 固时 部位形成集中缩孔。 集中缩孔 部位形成集中缩孔。 糊状区、 液体流动困难→ ②缩松：糊状凝固 糊状区、液固共存 液体流动困难 缩松：糊状凝固→糊状区 液固共存—液体流动困难 晶间树枝间得不到补充 →分散的小缩孔 分散的小缩孔
a) 明缩孔 b) 凹角缩孔 c) 芯面缩孔 d) 内部缩孔
2 缩松（Porosity） 缩松（ ）
分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中， 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中，常分布在铸件壁的轴线 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。
冷铁对缩孔位置的影响 （顺序凝固） 顺序凝固）
冷铁造成同时凝固方式示意图 冷铁造成同时凝固方式示意图 同时凝固
（四）加压补缩——压力下凝固 加压补缩 压力下凝固 （压力釜，挤压铸造，高压铸造） 压力釜，挤压铸造，高压铸造）
图 碳钢的比容与温度和含碳量的关系 1－0.35％C；2－0.25%C；3－0.8%C － ％ ； － ； －
（3）固态收缩 ） a.珠光体转变前收缩 珠光体转变前收缩 b.共析转变期的膨胀 共析转变期的膨胀 c.珠光体转变后收缩 珠光体转变后收缩
ε v固 = ε v珠前－ε Vγ →α + ε v珠后