铸件的收缩

3.固态收缩 铸铁固态收缩
缩前膨胀 珠光体前收缩
对热裂有影响
共析转变膨胀－－奥氏体分解为铁素体、
石墨和珠光体
对应力、变形和冷裂
珠光体后收缩
有影响
四、铸件的收缩 1.自由收缩； 2.铸件收缩所受阻力种类
铸型表面摩擦阻力 热阻力 机械阻力
§9-2 铸件中的缩孔与缩松
一、概述
缩孔：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，尺寸较大而且集 中的孔洞称为集中缩孔，简称缩孔。
收缩图
固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。
V固 V固 t S t0 100%
l l t s t0 100%
液态收缩和凝固收缩是产生缩孔和缩松的基本原因。
线收缩是铸件中产生应力、变形和裂纹的基本原因
二、线收缩的开始温度 纯金属和共晶合金：金属完全凝固后开始
பைடு நூலகம்
线收缩的开始温度
具有结晶温度范围的合金：其线收缩不是 从完全凝固开始，而是在结晶温度范围中 的某一温度开始。
V 表示。
3）珠光体转变后收缩，发生在 相变终了到室温的温度
范围内，以 V珠后 表示。
V固＝V珠前 V ＋V珠后
l＝ 珠 前 ＋ 珠 后
总＝ V液＋ V凝＋V固＝ V液＋ V凝＋ V珠前 V ＋ V珠后
碳钢的线收缩率与碳含量的关系
W(C)% εｖ珠前 0.08 1.42
缩松：尺寸细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。
缩孔特点：缩孔形状不规则，表面不光滑，可以看到发达的树 枝晶末梢（与气孔的区别）。
缩孔与缩松对铸件性能的影响：降低铸件的强度；减少受力的 有效面积，容易产生应力集中，出现裂纹，降低铸件的气密性和 物理化学性能。
二、缩孔 1）缩孔的形成 a.成壳。 b.紧密接触。固态收缩率等于液态与凝固收缩率之和。 c.脱离。液态收缩与凝固收缩超过硬壳的固态收缩。 d.倒立锥孔和上面凹陷形成。倒形锥孔是由于液态金属在重力的 作用下补充了下面缩孔。凹面形成是由于外面压力大于缩孔内部 的压力或者壳的强度不够所造成。
铸钢凝固收缩率
含碳量 0.1 收缩率 2.0
0.25 0.35 0.45 0.70
2.5
3.0
4.3 5.3
碳钢：液态收缩率加上凝固收缩率的总和随着碳含量的增加 而增大。
3.固态收缩
1）珠光体转变前收缩，发生在凝固终了到 相变前的温度
范围，以 V珠前 表示。
2）共析转变期的膨胀，发生在 相变的温度范围内，以
§9-1 缩孔与缩松的种类
一、收缩的种类
液态收缩
V液 V液 t浇 tL 100%
从浇注温度到凝固开始温度（即液相线温度）间的收缩
凝固收缩
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。对于纯合金和共晶合金，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。其它 合金凝固期间的体收缩不仅与状态有关而且还与温度有 关。
C石墨＝C总－1.6
由上两式得：
V凝＝ 6.9 0.9C总 2C石墨 ％＝(10.1 2.9C总)%
由上面公式得下表：
从数据来看，对于灰铸铁，碳量足够高时，在凝固后期将发生 体积膨胀现象。这种膨胀作用在铸件内部产生很大压力，使尚 未凝固的液体能对因收缩而形成的孔洞进行充填，所以灰铸铁 有“自实”或“自补缩”作用。 对于灰铸铁，由于石墨化的膨胀作用而减小凝固体收缩，在所有 的情况下（浇注温度固定或者过热度固定）都是主要的。所以体 收缩率随碳含量增加而降低。当铁液过热度固定时，这种作用就 更明显。只有在低的浇注温度和碳量高的条件下，体收缩才可是 负值。
与钢一样，是状态和温度降低共同作用的结果
＝ V凝
V（L S） V（L S）
tL
tS
V凝 凝固收缩率
V（LS） 因状态改变的体收缩，其平均值为3.0％
V（LS） 凝固温度范围内的体收缩系数，其平均值为1.0 104 / ℃
V凝＝3.0% 1.0104 tL tS 100%
t L t S 904.3 C C每增大1％，液相线温度降低90℃
碳钢：整体收缩率随着碳含量的增加而增大。
四、铸铁的收缩 1.液态收缩
铸铁的液态体收缩系数随碳含量的提高而增大。 对亚共晶有下式：
V液＝90＋30wC 104
由相图知：铸铁的碳质量分数每增加1％，液相线温度下降90℃。
V液＝V液 t浇－1540 90wc 100%
２.凝固收缩
1）亚共晶白口铸铁收缩
3.7
3.3
3.1
白口铸铁
6.6
6.3
6.0
5.7
5.4
tp-tL=100℃
灰铸铁
5.8
4.5
3.2
1.9
0.6
考虑从液态到凝固整个过程，对于白口铸铁，当浇注温度固定 时，提高碳量对增大液态收缩率起主导作用。因此，收缩率随碳 含量增大而增大。但是当铁液过热度固定时，提高碳量而减小 凝固收缩率比较突出，所以收缩率随碳含量增大而降低。
V凝＝3.0% 0.9 4.3 C %
V凝＝6.9 0.9C %
C W（c）100
由上面公式计算得下表： 从数据来看，随碳含量增大，亚共晶白口铸铁的凝固收缩率减小。
亚共晶铸铁凝固收缩率
W(C)%
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
白口铸铁
5.7
6.0
6.5
7.1
7.9
1400℃
灰铸铁
4.9
4.2
三、铸钢的收缩 1.液态收缩
V V液 t浇 t L 100%
由合金相图可知，增加碳含量，液相温度下降，t浇 tL 增大
W（C）每增大1％，V液 增大20％ 钢液温度每下降100℃，收缩率减少1.5％－1.75％
2.凝固收缩
凝固期间的收缩受状态改变和温度降低两部分所影响。
状态改变引起的体收缩为一固定值。温度的改变可改变体 收缩。
2）灰铸铁
对于亚共晶灰铸铁，在凝固后期共晶转变时，由于石墨化的 膨胀而使体收缩得到补偿。每析出1％（体积分数）的石墨， 体积增大2％，故亚共晶灰铸铁的凝固收缩为：
V凝＝ 6.9 0.9C总 2C石墨 ％ C W（c）100
在W(C)≈２％的铁液中，奥氏体中碳含量W(C) ≈1.6%,剩余的 碳量，在慢冷和碳硅量较高的条件下将沿稳定系结晶成石墨，其 数量为:
εVγ→α －0.11
εｖ珠后 1.16
0.14 1.51 －0.11 1.06
0.35 1.47 －0.11 1.04
0.45 1.39 －0.11 1.07
0.55 1.35 －0.09 1.05
0.60 1.21 －0.01 0.98
εl 2.47 2.46 2.40 2.35 2.31 2.18