合金中的变质处理ppt课件
变质处理
作业胡克1200701铝硅合金的变质处理共晶型高硅铝合金4032( (Si)=11．0％～13．5％)，具有密度小、热膨性好、耐磨性高等特点，该合金在国内外已广泛用于制造机车发动机活塞。
针对高硅铝合金的特殊性，在实际生产中采用Na盐对其进行变质处理以改善合金性能，能有效对共晶硅进行细化，较好的抑制针状共晶硅长大，阻碍五瓣星状初晶硅的各向异向生长，使其变成球形，改变其形貌与尺寸，可显著提高合金的力学性能，从而使此类材料具有更优良的性能。
过共晶铝硅合金具有密度小、热膨胀系数小、热稳定性好、强度高和耐磨性高等优点，并拥有优良的铸造性能，被用于制造汽车发动机活塞、缸盖以及汽车空调压缩机的缸体等零件。
未经过变质处理的过共晶铝硅合金微观组织是由块状的初晶硅和枝状的共晶硅组成的，机械强度很低、切削加工性差、表面光洁度低，而且对刀具的磨损大，工作效率也较低，因此，不经过变质处理很难直接使用。
1 铝合金变质处理铝合金的变质处理可分为3类：细化初晶α（Al）或初晶硅，改变和细化共晶硅的形状以及改变有害杂质相（如富铁相）的形态。
第1类变质处理———细化初晶细化初晶的元素有多种，常见是钛、硼、锆、稀土等，其细化机理较复杂，至今尚有争论。
细化初晶硅的机理已基本解决，磷是细化初晶硅的唯一选择。
一般认为，AlTi5B是（Al）的最佳细化剂，使用最广泛。
市场上供应的AlTi5B 形状、大小，制造方法等不同，中小厂家多使用廉价的合金锭；轧制成盘条状的，晶粒细，细化效果好，使用方便，但价格较高。
Al Ti的形状有板片（针）状，块（点）状的，其中块（点）状的有多个结晶面的晶格常数和α（Al）的相近，细化效果最好。
2. P的作用（1）初晶硅在过共晶铝硅合金凝固的过程中，首先析出的是初晶硅，初晶硅的大小对台金的性能起着至关重要的作用。
目前研究最多，且效果最为理想的变质方法就是针对初晶硅的，采用P元素作为主要变质元素，不同的只是P的加入方式。
铝合金的变质处理
铝合金的变质处理材料与能源学院金属材料工程2011级2班范宇鑫【摘要】变质处理指的是向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的方法。
而铝合金制造过程中变质处理是必不可少的工艺，加入不同的变质剂对合金的工艺性能有着不同的影响。
关键词：铝合金变质处理铝合金的制备主要有铸造和压力变形两种。
铝合金制造过程中的缺陷有氧化夹渣、气孔气泡、缩松疏松、裂纹等。
这些缺陷严重影响铝合金的性能，容易造成断裂和磨损。
为了防止这些缺陷的产生，提高铝合金的工艺性能，加入变质剂就是一种有效的措施。
变质处理的目的主要是细化晶粒、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况。
变质处理的机理众说纷纭，主要分为两种：一是不溶性质点存在于金属液中的非均质晶核作用；二是以溶质的偏析及吸附作用。
在变质剂完全溶解于金属液且不发生化学反应生成化合物的情况下，变质剂就像溶质一样，在凝固过程中，由于偏析使固/液界面前沿液体的平衡液相线温度降低，界面处成分过冷度减少，致使界面上晶体的生长受到抑制，枝晶根部出现缩颈而易于分离。
同时，由于变质剂易偏析和吸附，故阻碍晶体生长的作用也加强。
因此，往往只需加入少量变质剂，就能显著细化晶粒。
其中，不同的变质剂所发挥的作用有所不同，常见以下几种变质剂：（1）钠盐变质剂：Na元素可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。
其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件（铸锭）缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。
钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，但其缺点是，由于钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。
钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。
变质处理
多元变质剂
由于单一变质方法具有局限性， 难以达到最佳综合效果，因此， 除了开发新的变质剂，克服变质 剂自身存在的缺点外，寻找复合 变质处理的方法成为铝硅合金研 究领域的一个重要课题。目前较 为普遍的是应用2种或2种以上的 变质剂对铝硅合金进行复合变质 处理
多元变质剂
Na&Sr
采用钠和锶复合变质，其变质机制与Na、Sr单独变质一致， 但变质效果互为促 进，克服了传统钠盐变质和其他锶、锑长效变质剂的缺点， 既可缩短锶变质所需的孕育期，又具有减缓钠损失的优点， 而且以普通的钠盐、锶盐为原料，价格低廉，在生产上容 易推广使用。
Na盐
Ｎａ盐变质的初晶硅相和共晶硅相主要遵循孪晶凹谷机 制（ＴＰＲＥ），促使硅相改变生长方向，其结果是硅 相的细化和形态趋于球化。
Sr盐
在Al-Si合金中加入锶，不仅改变了共晶硅的形貌进而改 善了合金的强度同时也改变了枝晶的生长行为，促进更 多晶核形成，使有学者提出了干扰原 子团理论，认为稀土的加入限制了共晶硅生长；另有观点 则认为稀土变质的主要作用是使硅晶生长易于分枝，初晶 硅、共晶硅得以细化；还有观点认为稀土元素可作为硅非 均匀形核的核心而使初晶硅获得细化
金属的变质处理
Coco 20111401207
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定义
所谓变质是指加入合 金元素在凝固过程中靠自 身形貌或性能的变化而影 响晶体生长的现象。 有意地向液态金属中 加入某些变质剂,以细化 晶粒和改善组织,达到提 高材料性能的目的，减少 避免造成的浪费。
机理
1 形核说
从影响形核的角度出发，认为 变质剂可以提供异质结晶核心 而使晶粒细化
2 生长说
从晶体生长的角度出发，认 为变质剂原子以各种不同的 方式影响晶体的生长，从而 使结晶形态发生变化而达到 变质效果
铸造铝合金变质处理
铸造铝合金变质处理一、引言铝合金是一种重要的结构材料，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
然而，铝合金在铸造过程中会产生一些缺陷，如晶粒过粗、析出相不均匀等，从而影响其力学性能。
为了改善铝合金的性能，铸造后常常需要进行变质处理。
本文将探讨铝合金变质处理的原理、方法和应用。
二、铝合金变质处理的原理铝合金变质处理是通过热处理方法改变合金的组织结构，达到调节性能的目的。
变质处理的原理主要包括相变、析出和固溶。
1. 相变：在变质处理过程中，铝合金中的一些固溶相会发生相变，从而引起组织结构的变化。
常见的相变有固溶相变、过饱和固溶相变和共析相变等。
2. 析出：在变质处理过程中，一些固溶相会从固溶体中析出，形成新的相或颗粒。
这些析出相的形成可以改变合金的硬度、强度和耐腐蚀性能。
3. 固溶：固溶是指将合金加热至高温状态，使固溶体中的溶质原子分散均匀。
通过固溶处理，可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
三、铝合金变质处理的方法铝合金变质处理的方法主要包括热处理和化学处理两种。
1. 热处理：热处理是指将铝合金加热至一定温度，保持一段时间后冷却。
常见的热处理方法有固溶处理和时效处理。
- 固溶处理：固溶处理是将合金加热至固溶温度，使溶质原子充分溶解在基体中，然后快速冷却。
固溶处理可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
- 时效处理：时效处理是在固溶处理后，将合金加热至较低的温度，保持一定时间后冷却。
时效处理可以使合金中的析出相得到充分的析出和成长，从而改善合金的强度和硬度。
2. 化学处理：化学处理是指利用化学反应改变合金的组织结构。
常见的化学处理方法有酸洗、碱洗和电解处理等。
这些化学处理方法可以去除合金表面的氧化物和杂质，提高合金的表面质量和耐腐蚀性能。
四、铝合金变质处理的应用铝合金变质处理广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
1. 航空航天领域：航空航天领域对铝合金的性能要求较高，因此变质处理是必不可少的工艺。
合金熔体的处理(part3)
Wulf 定律
Ò ndA min
A
σn —法线为n晶面的 界面能； A —界面面积
液相中晶体的生长形态符合自 由能最小原理。由于晶体的体积自 由能只与固相体积有关并且在结晶 时总是小于液相的，因此，自由能 最小对应于界面能最小
1 2 L n
h1 h2
hn
Wulf在此基础上提出：晶体的平 衡形态是由这样一些晶面围成的，它
合金材料是最具加工性的材料，组织致密、晶粒 细小均匀、相组成合理、相分布适宜、相形态圆整的 材料，其机械加工也便利迅捷，其变形加工的抗力也 下降，变形温度也降低，因此效率提高、加工水平显 著提高。
➢ 开发新型材料的要求
通过对合金熔体的处理，依赖“外加”或者 “内生”作用，在液固相变过程中会产生新的金属 晶体结晶现象，导致合金组织和微观结构的“变 异”，促进新型材料的开发，如复合材料、超高强、 高耐热材料、超临界耐腐蚀材料等。
➢ 提高铸造合金使用性能的要求
铸造的特点是合金要反复经历液相/固相转变， 经常伴随着原材料的熔化、液相原子的重新分布与键 合、凝固组织的形成，第二相的液固析出和固固析出 等过程，因此铸造晶粒粗大、组织不致密、相的组成 不匹配、相的形态不理想，导致使用性能低，材料的 效率发挥不足。
➢ 为合金材料后续机械、热加工提供便利
l01 2(R11 / R01) 1
l11
2 R11 / R01
晶面的相对生长速率与晶 体生长形态间的联系
当 R11 / R01 2 时，二维模式晶 体生长形态仅为{01}单形；
当 R11 / R01 2 / 2 时，二维模 式晶体的生长形态仅为{11}单形；
当
时，
二维模2式/ 2晶体R1生1 /长R0形1 态为2 {01}
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理是一种通过热处理使铝合金达到理想强度和硬度的方法。
下面是一般的铝合金变质处理操作步骤：
1. 预处理：将铝合金零件完全清洁，并去除表面的油污和氧化物。
2. 加热：将清洁的铝合金零件放入专用炉中，进行加热。
加热温度通常根据合金种类和要求进行调整，一般在500C到600C之间。
3. 保温：将铝合金零件在加热温度下保持一段时间，以使合金达到均匀的温度分布。
4. 冷却：将加热的铝合金零件取出并迅速冷却，一般可以使用水浴或空冷等方法进行冷却。
冷却速率对于合金性能有重要影响，可以根据需要进行调整。
5. 回火处理：在需求强度和硬度较低的情况下，可以进行回火处理。
回火温度通常在150C到200C之间，时间根据合金种类和要求进行调整。
6. 检验：对处理后的铝合金进行硬度、强度、尺寸等检验，确保其符合要求。
需要注意的是，以上步骤是一般的变质处理操作方法，具体操作步骤和参数应根据不同的合金种类、要求和设备进行调整。
不正确的处理方法可能导致铝合金性能下降或出现破损等问题，因此建议在进行变质处理前咨询专业人士或参考相关的处理规范。
第六章合金熔体的变质处理
导致晶体由片状 →圆断面的维纤状。
②界面台阶生长机制（略）
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第二页，编辑于星期二：二十三点 三十分。
3、变质剂的种类
变质剂元素很多，主要： Na、Sr（锶）、 Ba （钡）、 Bi （铋）稀土等。
变质衰退问题：
变质剂易于发生氧化或与铸型中的水分作用而失效。
变质效果：见表。 表 9-2
4、变质处理工艺要点
④气泡说
图9-18
⑤位错说
图 9-19
⑥吸附说
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第四页，编辑于星期二：二十三点 三十分。
3、球化处理方法
国内外的球化剂种类很多。 —— 查阅有关资料
处理方法 图示
图9-21 图9-22 图9-23 图9-24
图 9-25
END
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结晶时，最密面（ 111 ）、 [111] 晶向生长最慢。
[211] 晶向生长较快。
硅生长易于沿（ 111）面，生长前沿成孪晶凹谷。
Na 原子易于吸附在孪晶凹谷处富集。
图9-11
从而降低了该方向上的生长速度，并使孪晶凹谷生长机制受到抑制。
晶体改变为在 [100] 或[110] 晶向生长，少部分在 [211] 晶向生长，
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第十一页，编辑于星期二：二十三点 ，编辑于星期二：二十三点 三十分。
不同变质处理对铝合金组织性能的影响
不同变质处理对铝合金组织性能的影响铝合金是一种常见的金属材料，具有良好的强度和导热性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和电子等领域。
为了进一步提高铝合金的性能，通常会采用变质处理来改变其晶粒结构和微观组织。
下面将详细探讨不同变质处理对铝合金组织和性能的影响。
1.固溶处理固溶处理是铝合金中最常用的变质处理方法之一、该方法主要是通过加热使合金中的固溶元素溶解到α-Al基体中，然后快速冷却固溶体，使固溶元素保持在固溶体中的均匀分布状态。
固溶处理对铝合金的组织性能有以下影响：-细化晶粒：固溶处理能有效地细化铝合金的晶粒尺寸，提高材料的强度和韧性。
-去除析出物：固溶处理会将析出物溶解到基体中，使合金中的析出物减少或消失，从而提高材料的塑性。
-增加合金的均匀性：固溶处理能使固溶元素均匀地分布在基体中，防止合金中的偏析现象，提高合金的均匀性。
2.时效处理时效处理是指将固溶体在适当温度下保持一段时间，使固溶元素重新溶解，然后通过析出和扩散形成细小的析出物，进而改善材料的性能。
时效处理对铝合金的组织性能有以下影响：-产生弥散的细小析出物：时效处理会形成细小的析出物，如硬化相类似的Al3Cu、Mg2Si、MgZn2等，这些析出物的细小尺寸能阻碍晶格滑移和位错运动，从而提高材料的强度。
-提高合金的部分时效硬化能力：时效处理能够提高合金的部分时效硬化能力，使其在一定条件下保持一定的强度和韧性。
-改善热稳定性：时效处理能够提高铝合金的热稳定性，使其在高温下保持良好的性能。
3.组织性能对比-固溶处理一般能够显著细化晶粒，而时效处理对晶粒尺寸几乎没有影响。
-固溶处理后的铝合金具有较高的塑性和韧性，而时效处理能够显著提高材料的强度。
-经过固溶处理和时效处理后的铝合金能够在一定程度上保持良好的热稳定性。
-固溶时效处理可以获得更好的综合性能，即在一定程度上提高了材料的强度和塑性。
综上所述，不同的变质处理对铝合金的组织性能有不同的影响。
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其缺点是由于低熔点共晶体存 在于枝晶和晶界间，常引起热脆。
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常用的吸附性变质剂
含钠的变质剂
钠是变质共晶硅最有效的变 质剂，生产中可以钠盐或纯金属形 式加入。钠混合盐组成为NaF、 NaCl、Na3AlF6等，变质过程中只 有NaF起作用，其反应如下： 6NaF+Al→Na3AlF6+3Na
目的：一方面是降低混合物 的熔点（NaF熔点992℃），提高
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原理
在浇注前，将一些细小的形核变质剂 加入到液态金属中,会在金属液中形成大 量分散的人工制造的非自发晶核，促进 金属液非均匀形核，从而获得细小的铸 造晶粒，达到细化晶粒,改善组织形态的 目的。
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常用的形核变质剂
铝合金一般选含Ti、Zr、B、C等元 素的化合物作晶粒细化剂。
前有国效A内的l在 与-公 细TiA液认化-ABl中态的剂l是-T金包最之目i是属晶传接反统触应的的生晶（成粒T00i细A1）l化3，和剂T（，iA0Tl13i1）
锶变质剂
枝晶组织
枝 晶 最近的研究发现，不只晶粒
粒度影响铸锭的质量和力学性能，
金 枝晶的细化程度及枝晶间的疏松、 相 偏析、夹杂对铸锭质量也有很大 图 影响。在结晶速度相同的情况下，
枝晶细化程度可采用吸附性变质 剂加以改变，形核变质剂对晶粒 内部结构没有直接影响。
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原理
好的变质剂剂首先应能保证结晶相在衬 底物质上形成尽可能小的润湿角θ，其次变 质剂还应在液态金属中尽可能保持稳定，并 且具有最大的表面积和最佳的表面特性（如 表面粗糙或有凹坑等）。
铝 钛 硼
一。Al面-T是i-B铝与凝R固e、时的有效形核基面，
丝
Sr等元增素加共了同形作核率，从而使结晶组织
变
用更，佳其。细细化化。效果
质 剂
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原理
吸附变质剂的特点是熔点低， 能显著降低合金的液相线温度；原 子半径大，在合金中固溶量小。在 晶体生长时，吸附变质剂富集在相 界面上，阻碍晶体长大，又能形成 较大的成分过冷，使晶体分枝形成 细的缩颈而易于熔断，促进晶体的 游离和晶核的增加。
2
定义
变质处理：
向金属液中添加少量变质剂，促进 液体金属内部生核或改变晶体成长过程 的一种方法。
晶粒粗大 延伸性低 抗拉强度低
提高材料性能
晶粒细化 延伸性提高 抗拉强度提高
3
原理
生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸 附变质剂。
形核变质剂是指加入
金虽属未变液能质中作前能为后晶作核为，晶但核能，与或
液态金属中某些元素相互 作用产生晶核或有效形核 质点的添加剂。
因此，对不同的金属应选用不同的变质 剂。例如向铸铁中加入少量硅铁、硅钙、镁、 稀土；向铝硅合金中加入少量钠，向铜合金 中加入少量铋和锂等。
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工艺
ZL101属于亚共晶铝 硅合金,硅含量为 6.5%~7.5%,大于6%,因而 在熔炼过程中需要进行变 质处理。铝合金变质处理 一般分为3类:细化初晶 α(Al)或初晶硅;改变和细 化共晶硅的形状;改变有 害杂质相(如富铁相)的形 态。
变中质钠速进度行和熔钠效剂变果 化质， 保剂另 护一 ，方 防面 止对 钠熔 的体 烧
损。
缺点： 钠含量不易控制，量少易
出现变质不足，量多可能出 现过变质；钠变质有效时间 短，要加保护性措施；变质 后炉内残余钠对随后生产合 金的影响很大，造成熔体黏 度大，增加合金的裂纹和拉 裂倾向，尤其对高镁合金的 钠脆影响更大；NaF有毒， 影响操作者健康。
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第一类变质处理
细化初晶α(Al)
细化初晶α(Al)的 元素常见的有钛、硼、 锆、稀土等。主要是 以中间合金或盐类形 式加入铝合金熔液中。 加入的变质剂与铝液 发生反应后生成TiAl3、 AlB2、TiB2、TiC、 B4C等起晶粒细化作 用。
细化初晶硅 对于过共晶铝硅合
金,组织中存在着大块 多边形及板片状共晶 硅。含硅量越多,初晶 硅就越多。根据铝硅 合金中不同的含硅量, 加入磷或含磷化合物 进行细化。
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工艺&实例
铝合金变质处理所指的就是，在液相加 入变质剂，将Al-Si合金中原本会生长成为 针状的共晶硅，经处理后生长成球状或椭圆 状，借此提高材料的强度和韧性。
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人工降雨
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人工降雨&变质处理
人工降雨的过程包括三个步骤:
one首先是干冰升华，从固态变成气态。 气中t的wo水干蒸冰气升凝华华后形吸成收微大小量的热冰量晶，。使得空 继续th冷ree凝空成气水中滴的。水蒸气以冰晶为凝结核，
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第二类变质处理
细化共晶硅 这类变质剂的作用主要是在金属
凝固过程中,由于变质剂元素的熔点较 高,溶解速度较慢,合金元素在结晶过程 中,其一部分高熔点元素做为共晶晶核 存在,使共晶硅晶粒在成长过程中可以 依附较多的晶核,从而达到细化共晶晶 粒的目的。这类变质剂常见的有锶、 稀土、锶—稀土、铝—锶中间合金等。
合金中的变质处理
——以铝硅合金为例
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简介
理想的铸锭组织是铸锭整个截 面上具有均匀、细小的等轴晶。这 是因为等轴晶各向异性小，加工时 变形均匀、性能优异、塑性好，利 于铸造及随后的塑性加工。要得到 这种组织，通常需要对熔体进行细 化处理。凡是能促进形核、抑制晶 粒长大的处理，都能细化晶粒。变 质处理是铝工业生产中常用于细化 晶粒的方法之一。
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空气中的水蒸
气以冰晶为凝
结核，继续冷 凝成水滴。
形核变质剂是指加入金 属液中能作为晶核，或 虽未能作为晶核，但能 与液态金属中某些元素 相互作用产生晶核或有 效形核质点的添加剂。
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人工降雨的关键在于形成 凝结核。用干冰来人工降雨的 真正原现理在是的利人用工干降冰雨升已华经产不生 的分晶超水，使银低蒸然用。温气后干将，直空冰碘使接气，化空凝中而银气华的是微中形大使粒的成量用直一微水碘接小小蒸化撒部冰气 再以在微空小气冰中晶，为作凝为结凝核结继核续促凝 结成使雨水滴蒸。气冷凝为雨滴。不
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常用的吸附性变质剂
与钠盐变质剂相比， 锶含变锶质变剂质无剂毒，具有长 效性。它含不锶仅变细质化剂初有晶 硅，锶还盐有和细中化间共合晶金硅两团 的作种用。，锶对盐炉的子变污质染效小。 但锶使烧果造用用损受时很含大熔间少锶，体影。变要温响目质加度大前剂含和，国时锶铸应内，盐 类熔应剂用保较护多，的同是时Al合-S金r 加入中锶间后合吸金气。倾向增加， 易造成最终制品气孔缺 陷。