铸锭缺陷分析报告

铸锭缺陷分析

一．铸锭结晶组织

1.金属与合金在凝固后均为晶体，把液态金属的凝固过程称为

结晶。纯金属的结晶过程是在一个恒定温度即结晶点下进行的，冷却强度较大时，实际结晶过渡带亦小，由于并列向前伸长有的晶核在相邻方向上互相抑制，因此，晶体容易沿着垂直于结晶面的方向连续地向液穴中心伸长成为柱状。柱状晶的特点是伸长和排列都有一定的方向性。合金与纯金属的结晶过程基本相同，也是从晶核开始，先形成树枝状然后发育成等轴晶或柱状晶，合金在一定的温度围结晶，当温度一降到这个温度围时，溶体的任一点都可能产生晶核，在冷却强度不太大时，结晶温度围大的合金其晶体都易发展成晶轴大小及长短基本相等或相近的等轴晶。

2.铸锭的结晶组织：由于铸锭结晶时沿整个截面上存在温度梯

度，结晶条件不同，其结晶组织也不同，铸锭一般包括三个晶区：①细晶区：当液态浇入锭模后，由于模壁或结晶器温度较低，使表面层的液态金属受到强烈激冷，立即产生大量晶核，因不能充分长大又很快彼此相遇，加之模壁又能促进形核，所以在铸锭表层形成细晶区。②柱状晶区：在细晶区形成过程中，模壁温度不断升高，加之锭的收缩，使金属和

模壁之间产生一导热性较低的空隙，使剩余液态金属的冷却逐渐减慢，使细晶区前沿的液态金属的过冷度减小，形核困难，而原有晶粒则可继续长大，这时最外层的细小晶粒，一方面成为部金属冷凝时向外散热的传导体，另一方面又成为柱状晶生长的起点，随着越向锭，结晶速度愈低，那些晶轴垂直于模壁的晶粒就会毫无阻碍地继续向液态金属中长大，形成柱状晶区。对纯度较高的金属如纯铜，结晶后柱状晶往往贯穿整个铸锭，形成“穿晶”③等轴晶区：随着柱状晶区的发展，模壁温度逐渐升高，使模壁方向方向的散热速度逐渐变慢，由于铸锭中心附近冷却强度小，产生的晶核数量亦少，并有充分机会向各个方向长大，因此铸锭中习部分形成了等式轴晶区，又因中心附近的液态金属冷却速度较慢，过冷度较小，因此铸锭中心附近的结晶组织多呈粗大等式轴晶。这三个晶区在实际生产的铸锭中，并不是同时都存在的。由于浇铸条件，特别是冷却条件的不同，有时细晶区很薄或几乎没有，有时柱状晶布满全锭，也有时等轴晶区很大，半连铸和铁模铸锭的结晶组织结构就不同。半连续浇铸冷却强度大，结晶速度快，结晶的方向性强，所以半连续铸锭的柱状晶区比较发达为，而铁模浇铸则正好相反，冷却强度小，结晶速度慢，所以铁模铸锭中心附近的粗大等轴晶区比较发达。一般来说，半连续铸锭的平均晶粒尺寸要比铁模铸锭细小。

3.结晶组织对铸锭的影响：铸锭中的三层组织在性质上有明显

的不同，对铸锭影响很大。细晶区是等轴的细晶粒，组织致密，不存在很大的应力和弱面，机械性能好，利于压力加工，但一般比较薄，对整个铸锭性能影响不大。柱状晶区是相互平行的柱状晶层，比较致密，不易形成显微疏松，机械强度较高，因此对于纯度较高，不含易溶杂质、塑性较好的有色金属常常要扩大柱状晶区。但当相对成长着的两排想邻的柱状晶彼此相遇时，交界面上可能会聚积一些易熔杂质及非夹杂，出现疏松、气孔等，降低强度、塑性，使金属在压延加工时沿界面开裂，甚至在铸件快速冷却时，由于应力较大，也会沿这些地方形成裂纹。等轴晶区由于在结晶时没有择优取向，故不存在柱状晶区那样脆弱的交界面，而且方位不同的晶粒彼此交错咬合，各方向上的机械性能都比较好，利于压力加工，但由于各个等轴晶粒在生长过程中互相交叉，有可能造成许多封闭的小区，将残留在这些小区中的液体相互隔绝起来，当这些液体结晶收缩时，由于得不到外界液体的补充，就形成了许多微小的缩孔，致使等轴晶区组织疏松，降低该区机械性能。(为利于压力加工，应很好的控制合金成分和浇铸条件，改善这三层组织的相对厚度和晶粒大小，以获得由两个或一个晶区所组成的铸锭。）为扩大柱状晶区可以提高液态金属的过热度，减少异质形核的量，保证柱状晶在铸锭中心部分顺利长大，提高浇铸温度，使液态金属中

的温度梯度增大，推迟铸锭中心部分的液态金属的结晶时间，使柱状晶区得以扩展，提高锭模的冷却能力和定向散热以增大铸锭中液态金属的温度梯度，利于柱状晶的发展，让液态金属在锭模中静止冷却，也利于柱状晶区厚度的成长。（为发展等轴晶区，可降低液态金属的过冷度，减慢冷却速度，均匀散热，降低浇铸温度，进行变质处理及附加振动搅拌等。）二．气孔

气孔是存在于铸锭的气体空穴，多呈圆形或椭圆形，表面光滑多不被氧化，因此可与疏松、缩孔相区别。铸锭中的气体在压力加工时虽能被压缩，但不能被压合，常在加工、热处理后，引起起皮、起泡等缺陷。形成气孔的气体是金属在熔炼或浇铸过程中从外界吸收的气体，其主要来源有三：原料有油有水带来的气体、从炉气中吸收的气体、浇铸过程中吸收的气体。

气体进入金属后大致以三种形式存在：①机械地混合于液体金属中，在凝固时来不及从铸锭中放出就以各种大水的气孔形式存在于晶粒之间②与金属或金属其它元素结合成各种化合物－－固体的或液体的，固体的可进入渣滓，而液体的往往以气孔形式存在于凝固后的晶间。③以原子状态溶解于金属液中，在凝固时，少部分仍溶于固体，大部分由固体中析出，形成气孔。其中以第三种形式存在的气孔最稳定，也最危险。

从金属中放出气体并形成气泡的条件主要和压力与气体溶解度间的变化有关。气体在金属溶体中的溶解度随温度降低而减

小，溶体中的气体又大部分在接近凝固时析出，而这时由于温度低，溶体粘度大，气泡很难上浮至液面排出，因此，溶体含气量高，铸锭就容易产生气孔。铸锭常出现的气孔有三种：皮下气孔、表面气孔、部气孔。

铁模易产生表面气孔，连续铸锭时易产生皮下气孔。QSi3－1、B30及NCu28－2.5－1.5等合金产生的皮下气孔常布满整个铸锭断面，HPb59－1、BZn15－20等合金易出现沿柱状晶面分布的长条形皮下气孔，多离锭表面20~30mm而又不与表皮连通。QCd1.0等合金的皮下气孔多与表面缺陷相联，紧挨锭表皮5~10mm。

1.皮下气孔

产生原因：①模子表面预热不好、龟裂较多、涂料选择不当、刷得太厚或不匀②润滑油含水分或给油量过大③一次冷却强度过大，铸锭表层凝壳形成早，致使冷凝过程中析出的气体来不及逸出④水冷模或结晶器套漏水或渗水⑤浇铸速度过快，涂料来不及挥发⑥水压过大或二次冷却水射角大以及铸锭表面不光，致使冷却水钻到铸锭表面与结晶器壁之间的空隙中去，水分蒸发后突破铸锭凝壳并进入皮下的半凝固体层形成皮下气孔。

防止办法：①保证模壁表面光洁，严格控制模温，涂料要选择合理，涂刷均匀，②保证润滑油不含水分，严格控制油量

③适当减低一次冷却强度④保证水冷模或结晶器套光洁、不

漏水、不渗水⑤认真控制水压及减慢浇铸速度。