铸件缩松浅析

铸件缩松浅析

一、缩松的定义

缩松分为宏观缩松和显微缩松（显微缩松也称之为疏松）。

宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的分散的细小缩孔；

显微缩松是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶臂之间形成的微小缩孔。疏松的宏观端口形貌与缩松相似，微观形貌为分布在晶界和晶臂间，伴有粗大树枝晶的显微空穴。

二、缩松的形成原因

当合金结晶温度范围较宽时，在铸件表面结壳后，内部有一个较宽的液、固两相共存的凝固区域。继续凝固，固相不断增多。凝固后期，先生成的树枝晶相互接触，将合金液分割成许多小的封闭区域，当封闭区域内合金液凝固收缩得不到补充时，就形成了缩松。缩松可以看成为许多分散的小缩孔，合金的结晶温度范围愈宽，愈易形成缩松。缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。

缩松的产生原因主要可分为合金特性、熔炼工艺、铸造工艺等几大方面：

1、合金特性：

（1）凝固温度间隔宽的合金具有体积凝固(糊状凝固)特性，补缩困难，易形成疏松；

（2）合金凝固温度间隔过宽，糊状凝固倾向强，使低熔点成分最后凝固时得不到有效补缩，易形成疏松；

（3）合金中易形成低熔点相的杂质元素含量过多，使凝固温度间隔增大。例如，铸铁中硫、磷含量过多时会在凝固后期形成低熔点共晶，使铸件产生疏松。

2、熔炼工艺：

（4）炉料含气量太多：合金中杂质和溶解的气体过多，在合金凝固过程中杂质和析出的气体被推向结晶前沿，阻塞补缩通道，使疏松加重；

（5）合金晶粒粗大：合金中缺少晶粒细化元素，凝固组织晶粒粗大，易阻塞补缩通道，形成疏松；

（6）浇注工艺的不当：浇注温度过低易产生疏松；浇注温度过高，浇注速度太快使凝固后期得不到足够的铁液补缩；

3、铸造工艺：

（7）铸件在铸型中的位置不当

（8）浇注系统、冒口、冷铁、补贴等设置不当，使铸件在凝固时得不到有效补缩；

（9）铸件结构不合理，壁厚变化突然，孤立的热节得不到补缩；

（10）冒口补缩作用差：冒口数量、尺寸、形状、设置部位以及冒口与铸件连接不合理，补缩效果差；

（11）内浇道尺寸或位置不当，使铸件不能顺序凝固或在铸件中形成局部热节；

（12）砂型水分过多，砂芯未烘干，致使浇注过程中金属液气体。

三、缩松的防止措施

一般解决缩松的方式是采用冒口、冷铁等工艺使之形成顺序凝固。

采用顺序凝固是防止铸件产生缩孔的有效方法。顺序凝固是指铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。

图中部位Ⅰ，然后是部位Ⅱ和部位Ⅲ相继凝固，最后是冒口自身凝固。这样铸件先凝固部位Ⅰ的凝固引起的体积缩减，由部位Ⅱ的液态金属或合金补充;部位Ⅱ的凝固收缩由部位Ⅲ的液态金属或合金补充;最后部位Ⅲ的凝固收缩由冒口中的液态金属或合金来补充，将缩孔转移至冒口中，去除冒口获得致密铸件。

冒口是指铸型内存储供补缩铸件用金属液的空腔，也指该空腔中充填的金属。

冒口的位置、大小和形状应保证其在铸型中最后凝固，因此，一般设置在铸件的最高或最厚处。冒口通常分为明冒口和暗冒口两类。

明冒口是指高度方向贯通上型的顶冒口或侧冒口，它在起补缩作用的同时，还起到排气和集渣的作用，此外还可以提供金属液是否充满型腔的信息;暗冒口是指高度方向不伸出铸型顶面，全部冒口被型砂覆盖的顶冒口或侧冒口，暗冒口散热慢，补缩效率比同体积的明冒口高。

除采用安放冒口的措施外，还有安放冷铁等其他一些辅助措施，如安放冷铁，从动画2-1-33看出铸件上易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个，仅靠顶部冒口补缩难以保证底部厚大部位不出现缩孔。因此在该处设置冷铁，使其实现自上而下的顺序凝固。冷铁用钢、铸铁或铜制成。因此，确定铸件产生缩孔或缩松的位置是合理安放冒口和设置冷铁的依据。通常用如图2-1-39所示的"凝固等温线法"和"内切法"判断;凡是等温线未穿过的区域或内切圆直径的最大处就是热节。

防止缩松的常用方法:

（1）凝固温度间隔宽的合金铸件，例如球墨铸铁件，宜采用均衡凝固工艺，充分利用凝固时的石墨化膨胀补偿铸铁的液态收缩和凝固收缩；

（2）调整合金成分，进行良好的变质或孕育处理，缩小合金的凝固温度间隔，提高其铸造性能，以利于型内金属液向内浇道和冒口方向顺序凝固，提高浇冒口系统的补缩效果；

（3）采取细化晶粒的措施；

（4）炉料应清洁无腐蚀；

（5）加强合金精炼，净化金属液，减少合金中溶解气体和低熔点杂质的含量，以利于凝固补缩；

（6）采用悬浮浇注技术，在浇注过程中往金属液中随流加入晶粒细化剂或微冷铁，加快合金凝固速度并细化晶粒；

（7）对重要铸件，可在计算机数值模拟基础上进行计算机辅助设计，优化铸件结构和铸造工艺；

（8）改进铸型工艺设计，合理设置浇冒口系统、冷铁和补贴，保证铸件在凝固过程中获得有效补缩；

（9）改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度；

（10）改用补缩效率高的保温冒口、发热冒口、压力冒口和电热冒口；

（11）从冒口补浇金属液，改进冒口设计，使其按顺序凝固；

（12）铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用；

（13）控制型砂水分，和砂芯干燥；

（14）改进铸件结构设计，减小铸件壁厚差，使铸件壁厚与薄壁部位平滑过渡，尽量避免形成孤立热节。在铸件的孤立热节等冒口补缩距离达不到的部位，采用内、外冷铁以加快该部位的凝固速度；

（15）降低球墨铸铁的硫、磷含量和残留镁量，用稀土镁合金处理时，应适当提高碳、硅含量；降低浇注温度和浇注速度，延长浇注时间；点冒口。在浇注后一段时间内，向明冒口内补注高温金属液，以提高冒口内补缩金属液量，延长冒口内补缩金属液量保持高温的时间，提高冒口的补缩效率；捣冒口。用棒搅动明冒口内的金属液，阻止其表面过早凝壳，以提高明冒口的补缩效率。

四、缺陷铸件的补救：

（1）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；

（2）对承受液体或气体压力的铸件，可进行局部或整体浸渗处理，提高铸件的密封性能；

（3）重要零件可进行热等静压处理，消除铸件内的疏松；

（4）疏松超过验收条件无法补救时，或导致铸件在凝固、冷却或热处理过程中开裂时，应予报废。