材料成型原理上册 第十一章 第二节 气孔与夹杂
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第十一章 凝固缺陷与控制 22
防止焊缝产生夹杂物的措施
正确地选择原材料（ 包括母材和焊接材料） 正确地选择原材料 （ 包括母材和焊接材料 ） ， 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、焊剂应 具有良好的脱氧、脱硫效果； 具有良好的脱氧、脱硫效果； 注意工艺操作， 如选择合适的工艺参数； 适当 注意工艺操作 ， 如选择合适的工艺参数 ； 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护， 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护，防止 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。
第十一章 凝固缺陷与控制
8
侵入性气孔的特征
侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、 侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、 数量较少 孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表 孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表 层或近表层。形状多呈梨形、椭圆形或圆形， 层或近表层。形状多呈梨形、椭圆形或圆形， 梨尖一般指向气体侵入的方向。 梨尖一般指向气体侵入的方向。侵入的气体 一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、 一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氢、 氮和碳氢化合物等。 氮和碳氢化合物等。
第十一章 凝固缺陷与控制
17
2、铸件中的夹杂物
初生夹杂物 二次氧化夹杂物 次生夹杂物
第十一章 凝固缺陷与控制
18
初生夹杂物
及炉前处理时形成， 在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，经历 （2）夹杂物的聚合长大 ） 夹杂物从液相中析出时尺寸很小（ 夹杂物从液相中析出时尺寸很小 偏晶析出和聚合长大两个阶段。 偏晶析出和聚合长大两个阶段。 （仅有几个微 ）。由 米），数量却很多（数量级可达108个/cm3）。由 ），数量却很多（数量级可达 数量却很多 个
第十一章 凝固缺陷与控制 13
二、夹杂物的形成及防止措施
夹杂物的来源及分类 铸件中的夹杂物 焊缝中的夹杂物
第十一章 凝固缺陷与控制
14
1、夹杂物的来源及分类
炉料中的杂质
自身杂质
焊材、 焊材、母材中的杂质
主要 来源
熔炼过程反应产物
反应产物
与周围介质（气、固、 液态） 液态）间的反应产物
第十一章 凝固缺陷与控制
10
第十一章 凝固缺陷与控制
金属与铸型间的反应性气孔
与侵入型气孔的区别在于反应性气孔来源于 液态金属与铸型间的化学冶金作用，而侵入型 液态金属与铸型间的化学冶金作用， 气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。 气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。 Fe ] + { H2O } → [ FeO ] + H2 金属-铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 金属 [铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 含氮树脂砂分解 → N2 1～3 mm 处，通称为皮下气孔，其形状有球状和 ～ 通称为皮下气孔， 金属(或铸型 ～ 金属 或铸型)中的 梨状， 或铸型 中的 C 氧化 → CO 有些皮下气孔呈细长状， 梨状，孔径约 1～3 mm 。有些皮下气孔呈细长状， 垂直于铸件表面， 左右。 垂直于铸件表面，深度可达 10 mm 左右。
→ CaO + CO
2
CO 2 + Fe → FeO + CO ↑ 熔渣作为气孔形核的基底， 熔渣作为气孔形核的基底，最终形成的气孔内含有
残渣所以又称为渣气孔。 白色的 CaO 与 FeO 残渣所以又称为渣气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制 12
液态金属内元素间的反应性气孔
（1）碳-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成 气泡， 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成CO气泡，凝固 气泡 气孔。 时来不及浮出的气泡形成 CO 气孔。铸件中的 CO 气孔多 呈蜂窝状（其周围出现脱碳层）， ），而焊缝中的 呈蜂窝状（其周围出现脱碳层），而焊缝中的 CO 气孔为 沿结晶方向的条虫状。 沿结晶方向的条虫状。 （2）氢-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的[O]和 气泡， 溶解在液态金属中的 和[H] 反应生成 H2O 气泡，产 水气孔。这类气孔主要出现在铜合金铸件中。 生水气孔。这类气孔主要出现在铜合金铸件中。 （3）碳-氢反应性气孔 铸件最后凝固的液相中， 铸件最后凝固的液相中，含有较高浓度的 [ H ] 和 [ C ] 将生成甲烷 甲烷（ 气孔。 时，将生成甲烷（CH4）气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制
2
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措施
第十一章 凝固缺陷与控制
3
一、气孔的分类及形成机理
析出性气孔 侵入性气孔 反应性气孔
4
第十一章 凝固缺陷与控制
1、析出性气孔
液态金属在冷却凝固过程中， 气体溶解度下降， 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降， 析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气 孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。 溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 平均浓度， 平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。
第十一章 凝固缺陷与控制 5
气体的析出过程
高温下溶解在液态金属 中气体的析出方式有： 中气体的析出方式有：
气泡
扩散析出； 扩散析出； 形成化合物析出； 形成化合物析出； 聚集成气泡析出。 聚集成气泡析出。
气泡 a)
后者析出过程为： 后者析出过程为：
形 核
b)
长 大 上 浮
图11-11 气泡脱离现成表面示意图 a）θ＜90° b）θ＞90° ） ＜ ° ） ＞ ° 第十一章 凝固缺陷与控制 6
（1）夹杂物的偏晶析出
于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和 于对流或密度差上浮或下沉， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时，从液态 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快， 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹 杂物会重新熔化，尺寸大、 + A B 杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物则会浮 L1 T 0 → L 2 m n 到液态金属表面。 到液态金属表面。
第十一章 凝固缺陷与控制
1
气体在金属中的含量超过其溶解度 超过其溶解度， 气体在金属中的含量超过其溶解度，或侵 气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。 气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔 入的气体不被金属溶解时， 入的气体不被金属溶解时，会以分子状态的 的存在不仅减小金属的有效承载面积， 的存在不仅减小金属的有效承载面积，而且使 气泡存在于液态金属中 若凝固前气泡来不 存在于液态金属中。 气泡存在于液态金属中。若凝固前气泡来不 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 及排除，就会在金属内形成孔洞。 及排除，就会在金属内形成孔洞。这种因气 形成孔洞 一些形状不规则的气孔， 一些形状不规则的气孔，则会增加缺口的敏感 体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。 体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。 使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。 性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。
第十一章 凝固缺陷与控制 19
二次氧化夹杂物
液态金属与大气或氧化性气体接触时 液态金属与大气或氧化性气体接触时，会很快氧 与大气或氧化性气体接触 化形成氧化薄膜。在浇注及充型过程中，表面氧 形成氧化薄膜。 过程中， 化膜会被卷入液态金属内部 卷入液态金属内部， 化膜会被卷入液态金属内部，而此时液体的温度下 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 便在金属中形成二次氧化夹杂物。 便在金属中形成二次氧化夹杂物。这类夹杂物常出 铸件上表面、 现在铸件上表面 型芯下表面或死角处。 现在铸件上表面、型芯下表面或死角处。
析出性气孔的特征
析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、 析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等温 度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状； 度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状；而 含气量较多时，气孔较大，呈团球形。 含气量较多时，气孔较大，呈团球形。 焊缝金属产生的析出性气孔多数出 现在焊缝表面。 现在焊缝表面。氢气孔的断面形状如 同螺钉状， 同螺钉状，从焊缝表面上看呈喇叭口 形，气孔四周有光滑的内壁。氮气孔 气孔四周有光滑的内壁。 一般成堆出现，形似蜂窝。 一般成堆出现，形似蜂窝。
第十一章 凝固缺陷与控制 9
3、反应性气孔
液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生 气孔， 焊缝金属中存在的反应性气孔通常是 CO气孔， 气孔 直接反应生成。 的反应性气孔： 是由液态金属中的 [O] 与 [C] 直接反应生成。 的反应性气孔：
金属与铸型间的反应性气孔 金属与熔渣间的反应性气孔 液态金属内元素间的反应性气孔
第十一章 凝固缺陷与控制
21
3、焊缝中的夹杂物
焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出现， 焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出现，对 于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物是Fe ， 于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物是 4N，在时 效过程中过饱和析出， 效过程中过饱和析出，并以针状分布在晶粒上或贯 穿晶界。 穿晶界。 焊缝中的硫化物夹杂主要有MnS和FeS两种。FeS通 和 两种。 焊缝中的硫化物夹杂主要有 两种 通 常沿晶界析出，并与 或 形成低熔点共晶。 常沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低熔点共晶。 形成低熔点共晶 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是SiO2、MnO、 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是 、 一般以硅酸盐的形式存在。 TiO2和Al2O3等，一般以硅酸盐的形式存在。
第十一章 凝固缺陷与控制 7
2、侵入性气孔
将液态金属浇入砂型时， 砂型或砂芯在金属液的 将液态金属浇入砂型时 ， 砂型或砂芯 在金属液的 产生大量气体， 高温作用下会产生大量气体 高温作用下会产生大量气体，随着温度的升高和气 体量的增加， 金属-铸型界面处气体的压力不断增 体量的增加 ， 金属 铸型界面处气体的压力不断增 大。当界面上局部气体的压力高于外界阻力时，气 当界面上局部气体的压力高于外界阻力时， 体就会侵入液态金属，在型壁上形成气泡。 体就会侵入液态金属，在型壁上形成气泡。气泡形 成后将脱离型壁，浮入型腔液态金属中。当气泡来 成后将脱离型壁，浮入型腔液态金属中。 当气泡来 脱离型壁 不及上浮逸出时 就会在金属中形成侵入性气孔。 不及上浮逸出时，就会在金属中形成侵入性气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制 11
金属与熔渣间的反应性气孔
当液态金属中含有混入的熔渣（ 当液态金属中含有混入的熔渣（ FeO）时，会和液 ） 态金属（或铸型） 反应： 态金属（或铸型）中的 C 反应：
(FeO ) + [C ] →
CaCO
3
Fe + CO ↑
↑
当采用石灰石砂型时， 会发生： 当采用石灰石砂型时，若有砂粒进入钢液 会发生：
15
夹杂物的分类
按夹杂物化学成分
氧化物 硫化物 硅酸盐 初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹杂物 球形 多面体 不规则多角形 条状
第十一章 凝固缺陷与控制 16
按夹ຫໍສະໝຸດ Baidu物形成时间
按夹杂物形状
夹杂物对金属性能的影响
夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降； 夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降； 尖角形夹杂物易引起应力集中， 尖角形夹杂物易引起应力集中 ， 显著降低冲击韧性和疲 劳强度； 劳强度； 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； 促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核； 促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核； 在某些情况下， 也可利用夹杂物改善金属的某些性能， 在某些情况下 ， 也可利用夹杂物改善金属的某些性能 ， 如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。 如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。
第十一章 凝固缺陷与控制
20
次生夹杂物
由于偏析， 次生夹杂物是指合金凝固过程中，由于偏析， 溶质元素及杂质元素将富集于枝晶间尚未凝固的 液相内，处于过饱和状态而发生偏晶反应：L1→β 液相内，处于过饱和状态而发生偏晶反应： ＋L2 ， 析出非金属夹杂物 β。 由于夹杂物是从偏 析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。 析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。
防止焊缝产生夹杂物的措施
正确地选择原材料（ 包括母材和焊接材料） 正确地选择原材料 （ 包括母材和焊接材料 ） ， 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、焊剂应 具有良好的脱氧、脱硫效果； 具有良好的脱氧、脱硫效果； 注意工艺操作， 如选择合适的工艺参数； 适当 注意工艺操作 ， 如选择合适的工艺参数 ； 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护， 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护，防止 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。
第十一章 凝固缺陷与控制
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侵入性气孔的特征
侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、 侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、 数量较少 孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表 孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表 层或近表层。形状多呈梨形、椭圆形或圆形， 层或近表层。形状多呈梨形、椭圆形或圆形， 梨尖一般指向气体侵入的方向。 梨尖一般指向气体侵入的方向。侵入的气体 一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、 一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氢、 氮和碳氢化合物等。 氮和碳氢化合物等。
第十一章 凝固缺陷与控制
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2、铸件中的夹杂物
初生夹杂物 二次氧化夹杂物 次生夹杂物
第十一章 凝固缺陷与控制
18
初生夹杂物
及炉前处理时形成， 在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，经历 （2）夹杂物的聚合长大 ） 夹杂物从液相中析出时尺寸很小（ 夹杂物从液相中析出时尺寸很小 偏晶析出和聚合长大两个阶段。 偏晶析出和聚合长大两个阶段。 （仅有几个微 ）。由 米），数量却很多（数量级可达108个/cm3）。由 ），数量却很多（数量级可达 数量却很多 个
第十一章 凝固缺陷与控制 13
二、夹杂物的形成及防止措施
夹杂物的来源及分类 铸件中的夹杂物 焊缝中的夹杂物
第十一章 凝固缺陷与控制
14
1、夹杂物的来源及分类
炉料中的杂质
自身杂质
焊材、 焊材、母材中的杂质
主要 来源
熔炼过程反应产物
反应产物
与周围介质（气、固、 液态） 液态）间的反应产物
第十一章 凝固缺陷与控制
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第十一章 凝固缺陷与控制
金属与铸型间的反应性气孔
与侵入型气孔的区别在于反应性气孔来源于 液态金属与铸型间的化学冶金作用，而侵入型 液态金属与铸型间的化学冶金作用， 气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。 气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。 Fe ] + { H2O } → [ FeO ] + H2 金属-铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 金属 [铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 含氮树脂砂分解 → N2 1～3 mm 处，通称为皮下气孔，其形状有球状和 ～ 通称为皮下气孔， 金属(或铸型 ～ 金属 或铸型)中的 梨状， 或铸型 中的 C 氧化 → CO 有些皮下气孔呈细长状， 梨状，孔径约 1～3 mm 。有些皮下气孔呈细长状， 垂直于铸件表面， 左右。 垂直于铸件表面，深度可达 10 mm 左右。
→ CaO + CO
2
CO 2 + Fe → FeO + CO ↑ 熔渣作为气孔形核的基底， 熔渣作为气孔形核的基底，最终形成的气孔内含有
残渣所以又称为渣气孔。 白色的 CaO 与 FeO 残渣所以又称为渣气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制 12
液态金属内元素间的反应性气孔
（1）碳-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成 气泡， 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成CO气泡，凝固 气泡 气孔。 时来不及浮出的气泡形成 CO 气孔。铸件中的 CO 气孔多 呈蜂窝状（其周围出现脱碳层）， ），而焊缝中的 呈蜂窝状（其周围出现脱碳层），而焊缝中的 CO 气孔为 沿结晶方向的条虫状。 沿结晶方向的条虫状。 （2）氢-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的[O]和 气泡， 溶解在液态金属中的 和[H] 反应生成 H2O 气泡，产 水气孔。这类气孔主要出现在铜合金铸件中。 生水气孔。这类气孔主要出现在铜合金铸件中。 （3）碳-氢反应性气孔 铸件最后凝固的液相中， 铸件最后凝固的液相中，含有较高浓度的 [ H ] 和 [ C ] 将生成甲烷 甲烷（ 气孔。 时，将生成甲烷（CH4）气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制
2
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措施
第十一章 凝固缺陷与控制
3
一、气孔的分类及形成机理
析出性气孔 侵入性气孔 反应性气孔
4
第十一章 凝固缺陷与控制
1、析出性气孔
液态金属在冷却凝固过程中， 气体溶解度下降， 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降， 析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气 孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。 溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 平均浓度， 平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。
第十一章 凝固缺陷与控制 5
气体的析出过程
高温下溶解在液态金属 中气体的析出方式有： 中气体的析出方式有：
气泡
扩散析出； 扩散析出； 形成化合物析出； 形成化合物析出； 聚集成气泡析出。 聚集成气泡析出。
气泡 a)
后者析出过程为： 后者析出过程为：
形 核
b)
长 大 上 浮
图11-11 气泡脱离现成表面示意图 a）θ＜90° b）θ＞90° ） ＜ ° ） ＞ ° 第十一章 凝固缺陷与控制 6
（1）夹杂物的偏晶析出
于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和 于对流或密度差上浮或下沉， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时，从液态 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快， 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹 杂物会重新熔化，尺寸大、 + A B 杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物则会浮 L1 T 0 → L 2 m n 到液态金属表面。 到液态金属表面。
第十一章 凝固缺陷与控制
1
气体在金属中的含量超过其溶解度 超过其溶解度， 气体在金属中的含量超过其溶解度，或侵 气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。 气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔 入的气体不被金属溶解时， 入的气体不被金属溶解时，会以分子状态的 的存在不仅减小金属的有效承载面积， 的存在不仅减小金属的有效承载面积，而且使 气泡存在于液态金属中 若凝固前气泡来不 存在于液态金属中。 气泡存在于液态金属中。若凝固前气泡来不 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 及排除，就会在金属内形成孔洞。 及排除，就会在金属内形成孔洞。这种因气 形成孔洞 一些形状不规则的气孔， 一些形状不规则的气孔，则会增加缺口的敏感 体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。 体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。 使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。 性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。
第十一章 凝固缺陷与控制 19
二次氧化夹杂物
液态金属与大气或氧化性气体接触时 液态金属与大气或氧化性气体接触时，会很快氧 与大气或氧化性气体接触 化形成氧化薄膜。在浇注及充型过程中，表面氧 形成氧化薄膜。 过程中， 化膜会被卷入液态金属内部 卷入液态金属内部， 化膜会被卷入液态金属内部，而此时液体的温度下 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 便在金属中形成二次氧化夹杂物。 便在金属中形成二次氧化夹杂物。这类夹杂物常出 铸件上表面、 现在铸件上表面 型芯下表面或死角处。 现在铸件上表面、型芯下表面或死角处。
析出性气孔的特征
析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、 析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等温 度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状； 度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状；而 含气量较多时，气孔较大，呈团球形。 含气量较多时，气孔较大，呈团球形。 焊缝金属产生的析出性气孔多数出 现在焊缝表面。 现在焊缝表面。氢气孔的断面形状如 同螺钉状， 同螺钉状，从焊缝表面上看呈喇叭口 形，气孔四周有光滑的内壁。氮气孔 气孔四周有光滑的内壁。 一般成堆出现，形似蜂窝。 一般成堆出现，形似蜂窝。
第十一章 凝固缺陷与控制 9
3、反应性气孔
液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生 气孔， 焊缝金属中存在的反应性气孔通常是 CO气孔， 气孔 直接反应生成。 的反应性气孔： 是由液态金属中的 [O] 与 [C] 直接反应生成。 的反应性气孔：
金属与铸型间的反应性气孔 金属与熔渣间的反应性气孔 液态金属内元素间的反应性气孔
第十一章 凝固缺陷与控制
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3、焊缝中的夹杂物
焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出现， 焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出现，对 于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物是Fe ， 于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物是 4N，在时 效过程中过饱和析出， 效过程中过饱和析出，并以针状分布在晶粒上或贯 穿晶界。 穿晶界。 焊缝中的硫化物夹杂主要有MnS和FeS两种。FeS通 和 两种。 焊缝中的硫化物夹杂主要有 两种 通 常沿晶界析出，并与 或 形成低熔点共晶。 常沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低熔点共晶。 形成低熔点共晶 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是SiO2、MnO、 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是 、 一般以硅酸盐的形式存在。 TiO2和Al2O3等，一般以硅酸盐的形式存在。
第十一章 凝固缺陷与控制 7
2、侵入性气孔
将液态金属浇入砂型时， 砂型或砂芯在金属液的 将液态金属浇入砂型时 ， 砂型或砂芯 在金属液的 产生大量气体， 高温作用下会产生大量气体 高温作用下会产生大量气体，随着温度的升高和气 体量的增加， 金属-铸型界面处气体的压力不断增 体量的增加 ， 金属 铸型界面处气体的压力不断增 大。当界面上局部气体的压力高于外界阻力时，气 当界面上局部气体的压力高于外界阻力时， 体就会侵入液态金属，在型壁上形成气泡。 体就会侵入液态金属，在型壁上形成气泡。气泡形 成后将脱离型壁，浮入型腔液态金属中。当气泡来 成后将脱离型壁，浮入型腔液态金属中。 当气泡来 脱离型壁 不及上浮逸出时 就会在金属中形成侵入性气孔。 不及上浮逸出时，就会在金属中形成侵入性气孔。
第十一章 凝固缺陷与控制 11
金属与熔渣间的反应性气孔
当液态金属中含有混入的熔渣（ 当液态金属中含有混入的熔渣（ FeO）时，会和液 ） 态金属（或铸型） 反应： 态金属（或铸型）中的 C 反应：
(FeO ) + [C ] →
CaCO
3
Fe + CO ↑
↑
当采用石灰石砂型时， 会发生： 当采用石灰石砂型时，若有砂粒进入钢液 会发生：
15
夹杂物的分类
按夹杂物化学成分
氧化物 硫化物 硅酸盐 初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹杂物 球形 多面体 不规则多角形 条状
第十一章 凝固缺陷与控制 16
按夹ຫໍສະໝຸດ Baidu物形成时间
按夹杂物形状
夹杂物对金属性能的影响
夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降； 夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降； 尖角形夹杂物易引起应力集中， 尖角形夹杂物易引起应力集中 ， 显著降低冲击韧性和疲 劳强度； 劳强度； 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； 促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核； 促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核； 在某些情况下， 也可利用夹杂物改善金属的某些性能， 在某些情况下 ， 也可利用夹杂物改善金属的某些性能 ， 如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。 如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。
第十一章 凝固缺陷与控制
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次生夹杂物
由于偏析， 次生夹杂物是指合金凝固过程中，由于偏析， 溶质元素及杂质元素将富集于枝晶间尚未凝固的 液相内，处于过饱和状态而发生偏晶反应：L1→β 液相内，处于过饱和状态而发生偏晶反应： ＋L2 ， 析出非金属夹杂物 β。 由于夹杂物是从偏 析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。 析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。