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。固态收缩对于缩孔来说，只是在原来已成的孔型上，扩大一点罢啦。

影响铸铁件收缩的三个因素：

1.浇注温度：从图上我们看出，在液相线以上，过热温度越高，冷却时间越长，体积收缩越严重，形成缩孔的几率越大，浇注温度主要影响到液态收缩的大小。

2.石墨析出量：影响到石墨析出量的有两个因素：①化学成分，铸铁的碳当量（CE=C+1/3Si）%直接影响石墨析出的数量，在CE≈4.3%时为共晶铸铁，在这个阶段里，铁水的CE越接近共晶成分，石墨析出的量越多，②冷却速度的影响，冷却速度的不同直接影响到石墨的析出量，同样的铁水成分由于冷却速度的不同，将形成白口、麻口、灰口不同组织，并对应有不同的收缩量。例如三角试片，是一个简单的铸件，生产中利用由它结构造成的不同冷却速度，而形成白口宽度来预报和控制铁水的化学成分，孕育剂加入量和孕育效果，这在铸件工艺上也是一个启示。具体就铸件的冷却速度来说，主要与铸件的壁厚差别大小，以及芯子的多少，湿型与干型，砂型的含水量有关。

3.铸型刚度：通常也称铸型壁移动，铸型刚度对缩孔的

影响，一是反映在铁水的高压力和气体膨胀的高压之下，铸件壁外移，型腔扩大。二是反映在凝固阶段石墨析出而产生的石墨膨胀现象。如果铸件刚度高，石墨晶粒核伴随着铁水的凝固收缩，也同时在长大而膨胀，如果工艺上采用合理措施，不但不会使缩孔增大，甚至会有产生的石墨膨胀而消除缩孔。反之形成的缩孔，在四周降温收缩过程中可能会被拉大，铸件晶粒将会相对粗大。我们常见到用金属型生产灰铁或球铁时，不设补缩冒口，就是利用了这个原理。

凝固特性，各种合金的凝固特性不同，形成缩孔（缩松）的位置各不相同。

（图）

铸件中产生集中缩孔的基本条件，是凝固温度范围（开始结晶到生成固体）不大的液态金属在铸型内顺序凝固（灰铁的共晶凝固温度范围约11℃），缩孔体积向下逐渐减小（如图A），即在整个铸件截面上，与铸型接触的地方先行凝固，中心部位最后凝固，而最后凝固的地方未能获得足够的液体金属来补充。缩孔就集中产生在最后凝固的地方，灰铁的凝固特性趋向于顺序凝固（逐层凝固）当铸件的结晶，是在整个截面上或截面的大部分上，几乎是同时进行的，称为同时凝固，也称作“糊状凝固”。

它的凝固特性是凝固区域宽（球铁的共晶凝固温度范围约

31℃），在液固两相共存的“糊状区”内，不定点不定处的产生树枝状结晶，由于这种先生成结晶的表面张力比金属液的表面张力稍大，所以铁水被树枝晶分割成许多小熔池，补缩金属液在枝晶间，共晶团群间细小栅格孔道中的过滤流动，流经迂回曲折，流动阻力大，补缩困难，而形成缩松（图B）。球铁，高铬铸铁的凝固特性就趋向于同时凝固（糊状凝固）。

凹角缩孔多呈梨形或蠕虫状，常常是孤立存在，露头与大气相通，清砂后即可发现，孔内表面较光滑，而气孔往往不是孤立存在的，也不一定露头，因为其形成的时间比缩孔早。

形成的机理：液体金属浇入铸型后，由于铸型和型芯的激冷作用，铸件表面形成一层薄壳。砂尖角处的型（芯）砂被液体液体金属过热，而且散热条件不好，此处铸件凝固较慢。当其凝固时出现缩孔，孔中气体压力小于大气压力，此时在外部大气压力和发气压力的作用下，把薄壳压穿，气体进入缩孔中，挤压缩孔中的未凝固的液体，形成光滑的孔洞。

“尖角气体”形成的机理差不多，在防子的措施方面；

①适当加大内角半径，改善散热条件，②提高散热条件，③适当降低浇注。

还有一种缩孔需要单独说明：就铸铁而言是由于液态

收缩和凝固收缩以及气体压力联合作用而产生的，这种缺陷多出现在铸件壁的内角处，浇冒口与铸件相接处，散热条件差的部位（如图），所以把这种缩孔称作“凹角缩孔”，又称作“气缩孔”。

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但是，铸件中的“气缩孔”与铸钢中的“气缩孔”虽然名称相同，但是形成的机理不尽相同，二者需要区别开来，就解决一个“气”因素来说，铸钢采用的具体措施是对钢液进行充气脱氧，而铸铁采用的措施是提高型砂的透气性和降低型砂的发气量。

凹角缩孔在高牌号的灰铁铸件中常出现。

凹角缩孔（气缩孔）形成的机理与“气孔”缺陷分析中的“尖角气体”形成的机理差不多，在防止的措施方面：①适当加大内角半径，改善散热条件，②提高散热条件，