铸锭缺陷 -3.13分析

铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
铸锭中化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析是合金凝固过程 中，溶质的再分配及晶体长大速度大于溶质扩散速度，使先析出的 固相与液相的浓度不同所致。
a1
微观偏析 偏析
晶内偏析 晶界偏析 比重偏析 正偏析 反ຫໍສະໝຸດ Baidu析
a1
L1 a2 a3 L2
a2
宏观偏析
L3
a3
固相线
A
液相线
C
0
B
（4）缩孔和缩松的形成
当温度下降至液相线 下的点划线时。枝晶数量 增多彼此相连构成连续的 骨架，此时铸锭中已有 55 ％ ~70 ％的固相，使开始 凝固收缩。
凝固收缩的开始温度
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（4）缩孔和缩松的形成
缩孔形成示意图
缩孔形成原因：在顺序凝固条件下，因金属液态和凝固收缩造成的孔洞 得不到金属液的补缩而产生的。缩孔多出现在铸锭的中部和头部，或铸 件的厚壁处。
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（5） 偏析瘤 是一种严重的反偏析现象，通常在铸锭的表面出现偏析瘤。
枝 晶 出 现 间 隙 铸 模 铸 模 锡 偏 析 瘤
铸 模
(a) 形成枝晶
(b) 出现间隙
(c) 富锡熔体外溢
锡青铜中偏析瘤的形成过程
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（6） 防止偏析的方法
晶内偏析一般通过加工和热处理可以消除，但在枝晶臂 间距较大时则不能消除，会给制品造成电化学性能不均匀。 晶界偏析是低熔点物质聚集于晶界，使铸锭热裂倾向增 大，并使制品易发生晶界腐蚀。 宏观偏析会使铸锭及加工产品的组织和性能很不均匀。 宏观偏析不能靠均匀化退火予以消除或减轻，所以在铸锭生 产中要特别防止这类偏析。
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（3）形成原因 产生缩孔和缩松的最直接原因，是金属凝固时发生的凝固体 收缩。
（4）缩孔和缩松的形成 收缩的分类：包括凝固前的液态收缩、由液态变为固态的凝 固收缩及凝固后的固态收缩。
液态收缩率为1~2%、凝固收缩率为2~7%、固态收缩率为5~9%
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
铸锭常见凝固缺陷
铸锭生产中常见的缺陷很多，如裂纹、气孔、疏松、夹渣、 偏析等等。产生这些缺陷的原因很多，归根结底主要是由合金的 本性，金属液体的纯洁度和浇铸工艺条件诸因素造成的。
从本质上讲，缺陷是铸造过程中由于温度变化而引起的相变、 体积变化和溶解度变化的直接和间接结果。在生产实际中，某种 缺陷的出现，其情况往往比较复杂，必须抓住主要的方面进行分 析，找出缺陷的成因及防止措施。
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（6） 防止偏析的方法
偏析是凝固过程中溶质再分布的结果。因此，一切能使 成分均匀化和晶粒细化的方法，均有利于防止或减少偏析。 基本措施有：
增大冷却强度，搅拌，变质处理，采用短结晶器，降低 浇注温度，加强二次水冷，使液穴浅平等。
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（1） 概念 在铸锭中部、头部、晶界及枝晶间等地方，常常有一些 宏观和显微的收缩孔洞，通称为缩孔。细小而分散的缩孔称 为分散缩孔或缩松。 （2）危害 缩孔或缩松都会减小铸锭受力的有效面积，并在缩孔和 缩松处产生应力集中，因而显著降低铸锭的力学性能。
晶界偏析形成过程示意图
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（3） 比重偏析
其形成原因是： a）液相分层； b）固相与液相比重不同。
（4） 正偏析与反偏析
其形成原因是： a）溶质分配系数k的不同， k<1时，后 结晶的固相溶质含量高，出现反偏析； b）k>1时，后结晶的固相溶质含量低， 出现正偏析； c）同时，与粗大的枝状晶有关。
2.缩孔与缩松
（6）防止缩孔和缩松的途径
基本途径：根据合金的体收缩特性、结晶温度范围大小及铸锭尺 寸等，制定正确的铸锭工艺，在保证铸锭自下而上顺序凝固条件下， 尽可能使分散缩孔或缩松转化为铸锭头部的集中缩孔，然后通过人工 补缩来消除。 合理设计模壁厚度和锭坯的宽厚比或高径比，采用上大下小的锭 模及加补缩冒口；加保温帽加强补缩；提高浇温、降低浇速。 连铸易形成缩松的大型铸锭时，先去气去渣精炼，使熔体中含气 量和夹渣尽量少，采用短结晶器或低金属液面水平，降低浇速，加强 二次水冷，使液穴浅平，使铸锭由下而上进行凝固。
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（4）缩孔和缩松的形成
缩松形成示意图
缩松形成原因：是在同时凝固的条件下。最后凝固的地方因收缩造成的孔 洞得不到金属的补缩而产生的。缩松分布面广，铸锭轴线附近尤为严重。
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（5）影响缩孔和缩松的因素
a）金属性质 金属液体和凝固体的平均体收缩 系数、结晶温度范围、吸气性等 当温度梯度一定时，合金的结晶温度 范围越小，则凝固区越窄，铸锭形成缩孔 的倾向越大；反之，结晶温度范围大，则 凝固区宽，等轴晶发达，补缩困难，形成 缩松的倾向大。
固溶体不平衡结晶示意图
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（1） 晶内偏析 由于铸锭冷凝较快，固液两相中溶质来不及扩散均匀，晶粒 内部先后结晶部分的成分不同。
晶内偏析的影响因素： a）冷却速度； b）偏析元素的扩散能力； c）液固相线间隔。
铸锭常见凝固缺陷
1.铸锭偏析
（2） 晶界偏析 是溶质元素在晶界堆积的结果，主要原因是： a）液固相溶质分配系数的不同； b）形成化合物。
疏松区 温度 液相线
固相线
缩孔区
成分
铸锭常见凝固缺陷
2.缩孔与缩松
（5）影响缩孔和缩松的因素
b）金属浇铸工艺条件 凡是提高铸锭断面温度梯度的措施，如铁模铸锭时，提高浇 注温度和浇注速度，均有利于集中缩孔的形成；反之，降低浇注 温度和浇注速度，提高模温，则有利于分散缩孔或缩松的形成。
铸锭常见凝固缺陷
有色金属熔炼与铸锭 （铸锭常见凝固缺陷） 机械设计基础
主讲：宋绍华
铸锭常见凝固缺陷 本章内容要点
铸锭偏析
缩孔与缩松
铸锭裂纹
铸锭冷隔 铸锭气孔 非金属夹渣
铸锭常见凝固缺陷
铸锭质量直接影响到其后被加工成各种材料（板、带、管、 棒、型、线、锻件等）的质量。据统计轻合金材料生产中，有 60~70%的废品是因铸锭质量不良造成的。可以说，铸锭的各种 缺陷往往造成了加工车间各种不合格制品的 “ 先天不足 ” ，而某 些缺陷（如裂纹），显然在进入压力加工前就成了废品。因此， 如何识别、分析铸锭缺陷的产生原因，找出防止或消除这些缺 陷的措施，对提高铸锭和半制品的质量，提高整个生产过程的 成品率，意义十分重大。