2.1-2.2铸件缺陷分析与质量控制

第二章 铸件缺陷的形成因素
第二节 冶金因素 金属熔炼方式与铸件缺陷 铸铁的熔炼通常采用冲天炉、工频、中频感应电 炉和冲天炉—电炉双联熔炼。 1)工频炉熔炼的铁液温度可调节范围大，最高温 度可达1500C。且化学成分波动范围较小， 化学成 分易于控制；这对于熔炼高合金铸铁如高镍球墨铸 铁等，是必要的条件。 2)冲天炉熔炼的铁液容易增硫。 3)工频炉熔炼的铁液比较“硬”，主要表现在试 样的白口宽度较大，缩凹深度较深。布氏硬度值较 高;相应抗拉强度值也较高。
1）窄结晶温度范围的合金
由于凝固前沿直接与液态金属接 触，当液态凝固成为固态而发生 体积收缩时，可以不断地得到液 体的补充，所以 （ 1）产生分散缩松的倾向小，而 是在铸件最后凝固部位留下集中 缩孔，设置冒口易消除。 （ 2）这类合金铸件在凝固过程中 当收缩受阻而产生晶间裂纹时， 也容易得到金属液的充填，使裂 纹愈合，所以铸件的热裂倾向小
第二章 铸件缺陷的形成因素
第一节 铸造合金因素 2、金属的凝固方式与铸件质量的关系
1）窄结晶温度范围的合金
这类合金包括纯金属、共晶成分合金 和其它窄结晶温度范围的合金 金属浇入铸型后，首先 在型壁处过冷，形成激冷 层，然后按柱状晶的形势 紧密生长，固相界面前沿 为平面推进的方式.
2 金属的凝固方式与铸件质量的关系
第二章 铸件缺陷的形成因素
第一节 铸造合金因素 1、铸造合金的液态特性与铸件缺陷 铸造合金在熔炼时，温度通常在液相线以上 100-400度。在这样的过热度状态下，金属液内部 形态与固态晶体类似，但晶格常数更大些。 处于高温的原子集团，不停地运动，此起彼伏 ，瞬息万变。宏观看，金属液是由原子集团和空穴 组成。从液态转变为固态时，原子集团联系紧密， 原来的空穴消失，加之晶体中晶格常数减小，导致 体积减小。从而在铸件内形成孔洞，使铸件产生缩 孔、缩松等缺陷。
V液＝V液 （T浇－TL ) 100 ％
（一）影响缩孔与缩松的因素 •
• • • 金属的性质 (收缩系数α大)
铸型的冷却能力 （蓄热系数b小) 浇注温度与浇注速度 铸件尺寸 （大） (高，快）
•
补缩能力 （弱）
• 例：铸铁的缩孔、缩松倾向
• 金属从浇注温度冷却到室温所产生的体收缩为液
态收缩、凝固收缩和固态收缩之和，即:
第二章 铸件缺陷的形成因素
第二节 冶金因素 不同铸铁牌号的适宜温度
第二章 铸件缺陷的形成因素
第二节 冶金因素 金属液态温度与铸件缺陷 2.浇注温度的影响 浇注温度过高，则容易产生缩孔、缩松的缺陷。 浇注温度过低，容易产生气孔的缺陷。铸铁件浇注 温度一般在1395一1420℃之间。 在一定的生产条件下，对于不同的产品，应有 不同的最佳浇注温度范围。铸件产生气孔、夹杂物 缺陷和缩孔、缩松缺陷最少时，其浇注温度就是合 适的。
第二章 铸件缺陷的形成因素
第二节 冶金因素 金属液态温度与铸件缺陷 金属液态温度对铸件质量的影响，分为熔炼温度 与浇注温度两方面的影响。 1.熔炼温度 铸铁的熔炼温度是指出铁时的合适温度。 铁液的实用最低熔炼温度与牌号有关。低于这一 温度铁液会严重氧化。对于氧化严重的铁液，加人 孕育剂，则先起脱氧作用，结果铁液形核作用不足 ，孕育衰退过快;而且铁液夹杂物增加，使铸件的 力学性能下降;气孔、针孔的缺陷易于形成。
2.金属的凝固方式与铸件质量的关系
3)中等结晶温度范围的合金 这类合金常用的有中碳钢、高锰钢、白口铸铁等。凝 固区域为中等宽度，它们的补缩特性、热裂倾向性和充型 性能介于窄结晶温度范围合金和宽结晶温度范围合金之间。
第二章 铸件缺陷的形成因素
第一节 铸造合金因素 3、铸造合金的偏析与铸件缺陷
•
什么叫偏析？
偏析的分类：微观偏析、宏观偏析 一、微观偏析
• 微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学 成分不均匀现象，按位置不同可分为：
• •
晶内偏析（枝晶偏析） 晶界偏析
8
1、晶内偏析
• 晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均 匀现象，常产生于具有结晶温度范围、能 够形成固溶体的合金中。 • 固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶 的枝干与后结晶的分枝也存在着成分差异， 又称为枝晶偏析。
•
使用冒口、补贴和冷铁
温 度
纵向温度分布曲线
冒口
浇口
距离
顺序凝固方式示意图
21
温度
纵向温度分布曲线
I 内浇道
II
III
冷铁
距离
同时凝固方式示意图
22
第二章 铸件缺陷的形成因素
第二节 冶金因素 原材料品质与铸件缺陷 原材料特别是铁锭对铸件质量的影响，一直受 到关注。采用优质生铁生产的铸件，其性能容易 达标且缺陷少。 从铸铁遗传性的角度观察，三方面值得重视:一 是组织结构特征的保留;二是合金元素和微量元素 遗传效应；三是熔液的性质与铸锭缺陷的保存。 当然，铸铁的遗传性与生铁锭中所含的气体种 类与含量，夹杂物的种类与数量等，也是有相当 密切的关系。
2、晶界偏析
• 晶粒相对生长，在对合 处彼此相遇。晶粒结晶 时所排出的溶质（k0＜ 1 ）和其他杂质元素在 固 - 液界面前沿富积， 在最后凝固的晶界对合 部位将含有较多的溶质 和其他低熔点物质，造 成晶界偏析。
微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、固相线间隔
（宽）
偏析程度 的影响因素
偏析元素的扩散能力
εV总＝εV液＋εV凝＋εV固
其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产
生缩孔和缩松的基本原因 。而固相收缩对
应力、变形与裂纹影响较大。
（二）防止铸件产生缩孔和缩松的途径
•
顺序凝固
铸件各部位由远及近，朝着帽口方向顺序凝固。 用于凝固收缩大、结晶间隔窄的金属。
•
同时凝固
凝固时产生热裂纹、变形倾Leabharlann Baidu小。
用于凝固收缩小、对气密性要求不高的铸件。
采用普通冒口消除缩松是很困难 的，往往采用其它措施，如增加 冒口的补缩压力，加速冷却等.
2 金属的凝固方式与铸件质量的关系
2)宽结晶温度范围的合金
（2）由于粗大的等轴晶较早成晶体骨 架，而粗大的等轴晶的高温强度低，当 晶间因收缩出现裂纹时，又得不到液态 金属的及时填充使之愈合，故铸件产生 热裂的倾向大； （3）若这类合金在充填过程中发生凝固， 其充型能力也很差。
2、晶界偏析
• 在合金凝固过程中，溶质元素和非金属 夹杂物常富集于晶界，使晶界与晶内的化 学成分出现差异，这种成分不均匀现象称为 晶界偏析。
• 晶界偏析比晶内偏析的危害更大，既能降 低合金的塑性与高温性能，又增加热裂纹倾 向。
2、晶界偏析 • 晶粒并排生长， 晶界平行于晶体 生长方向，晶界 与液相的接触处 存在凹槽，溶质 原子在此处富集， 凝固后就形成了 晶界偏析。
n
液态收缩
凝固收缩
凝固收缩
固相收缩
III
I
II
III
I
II
A
n 成分/％ a）
m
B
a）合金相图
体收缩率/％ 体收缩率/％ ） c） V凝＝V ( Lb （ ％ S )＋V（LS ） TL－TS ) 100 图11-14 二元合金收缩过程示意图 V固＝V固 （TSc）恒温凝固的合金 T0 ) 100 ％ b）有一定结晶温度范围的合金
（弱）
冷却条件
（快）
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包括： • • • 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析
•
•
带状偏析与层状偏析
重力偏析
当铸锭中央部 分在凝固下沉 先凝固部分结晶沉 时，侧面向斜 淀，在铸锭的下半 下方产生拉应 部形成低于平均成 力，在其上部 形成逆V形裂缝， 分的负偏析区，上 并被富含溶质 部则形成高于平均 的液相所填充， 成分的正偏析区。 最终形成逆V形 偏析带。
2 金属的凝固方式与铸件质量的关系
2)宽结晶温度范围的合金 这类合金凝固区域 宽，过冷很小，容易 发展为树枝发达的粗 大等轴晶组织。
铝、镁合金 铝铜合金 铝镁合金 镁合金 铜合金 锡青铜 铝青铜 结晶温度范围 大黄铜 铁碳合金 高碳钢 球墨铸铁
（1）当粗大的等轴晶互相连 接以后，便将尚未凝固的液 态金属分割成一个个互不沟 通的溶池，最后在铸件中形 成分散性的缩松。
由于密度的差异，
收缩孔 正偏析 逆V偏析 V偏析
负偏析
第8章 凝固缺陷与控制
图11-5 铸锭产生V形和逆V形 偏析部位示意图
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第二章 铸件缺陷的形成因素
第一节 铸造合金因素 4、铸造合金的收缩过程与铸件缺陷
液态收缩阶段
三个阶段
凝固收缩阶段 固态收缩阶段
温 度 /℃
T浇
温 度 /℃
m
温 度 /℃
合金在凝固过程中发生的化 学成分不均匀现象称为偏析 偏析主要是由于合金在凝固 过程中溶质再分配和扩散不 充分引起的. 偏析对合金的力学性能、抗裂性 及耐腐蚀性等有程度不同的损害。 但利用偏析现象可以净化或提纯 金属等。
• 为什么会出现偏析？
•
• 偏析的利弊？
第二章 铸件缺陷的形成因素
第一节 铸造合金因素 3、铸造合金的偏析与铸件缺陷