10.3 缩孔与缩松的形成原理

③危害： 机械性能、 气密性、耐蚀性、锻造裂纹 危害： 机械性能、 气密性、耐蚀性、
铸件中缩孔的形成示意图
Al-4.5%Cu合金中的显微缩松 合金中的显微缩松 a.含气量高的显微缩松与球形孔洞；b.树枝间的显微缩松 含气量高的显微缩松与球形孔洞； 树枝间的显微缩松 含气量高的显微缩松与球形孔洞
图 铸铁共晶石墨长大特点示意图 灰铸铁——“自补缩能力” “自补缩能力” 灰铸铁 球墨铸铁——膨胀力大 膨胀力大——若铸型移动 若铸型移动——缩松倾向大 球墨铸铁 膨胀力大 若铸型移动 缩松倾向大 若铸型刚性大——自补缩 若铸型刚性大 自补缩
铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩， 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 容积大而集中的孔洞称为缩孔， 后凝固的部位出现孔洞 。容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔 洞称为缩松 1 缩孔（Shrinkage hole） 缩孔（ ） 热节：铸件厚壁处、 热节：铸件厚壁处、两壁相交处及内浇口附近等凝固较晚或凝固缓慢的部位 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑， 特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑，有枝晶脉络状凸起 分类： 分类：内缩孔和外缩孔
3、铸铁的收缩 、
(1)液态收缩 液态收缩
ε v液 = (90 + 30C ) ×10 −6
（2）凝固收缩： ）凝固收缩： 状态改变＋温度降低 状态改变＋ 图 铸铁的收缩过程曲线 1－白口铸铁；2－灰铸铁 －白口铸铁； － 析出1％石墨，体积增大 ％ 析出 ％石墨，体积增大2％
ε v凝 = ε v ( L → S ) + α v ( L → S ) (T浇 − TL )
防止措施 成分选择 浇冒口设计（缩孔）－定向凝固和同时凝固 浇冒口设计（缩孔）－定向凝固和同时凝固 ）－ 高压下浇注与凝固（缩松） 高压下浇注与凝固（缩松） 急冷—减少糊状（缩松），如冷铁 急冷 减少糊状（缩松），如冷铁 减少糊状 ），
定向凝固方式示意图 均匀壁厚铸件定向凝固过程
图 扩展角对补缩困难区的影响
图 灰铁与球铁在湿砂型中浇注的膨胀曲线 灰铸铁——“自补缩能力” “自补缩能力” 灰铸铁 球墨铸铁——膨胀力大 膨胀力大——若铸型移动 若铸型移动——缩松倾向大 球墨铸铁 膨胀力大 若铸型移动 缩松倾向大 若铸型刚性大——自补缩 若铸型刚性大 自补缩
10.3.3 影响缩孔与缩松的因素及防止措施
产生缩孔、缩松因素与控制： 产生缩孔、缩松因素与控制： 因素与控制 收缩必然性→缩孔或缩松 取决于凝固方式 收缩必然性 缩孔或缩松→取决于凝固方式（层、糊） 缩孔或缩松 取决于凝固方式（ 影响凝固方式因素： 成分、温度梯度 影响凝固方式因素： 成分、 影响缩孔和缩松大小的因素： 影响缩孔和缩松大小的因素： 金属的性质；铸型条件(激冷能力 激冷能力) 金属的性质；铸型条件 激冷能力 浇注条件； 浇注条件；铸件尺寸 缩孔防止： 缩孔于浇冒口中。 缩孔防止：合理设计浇冒口系统 → 缩孔于浇冒口中。 缩松防止：无法通过浇冒口消除。 枝晶发达→ 缩松 缩松↑ 缩松防止：无法通过浇冒口消除。△T↑ 枝晶发达
1、液态收缩： ε v液 = α v液 (T浇 − TL ) ×100% 、液态收缩： 2、凝固收缩： 、凝固收缩： 3、固态收缩： ε v固 = α v固 (TS − T室 ) × 100% 、固态收缩：
ε L = α L (TS − T室 ) ×100%
2、铸钢的收缩 、
（1）液态 ） （2）凝固 ）
V1 = V0 [1 − α v (T0 − T1 )]
线收缩——金属在固态时从高温到常温（室温）的线尺 金属在固态时从高温到常温（室温） 线收缩 金属在固态时从高温到常温 寸改变量 L1 = L0 [1 − α L (T0 − T1 )] 体收缩率： 体收缩率： 线收缩率： 线收缩率：
ε v = (V0 − V1 ) / V0 ×100% = α v (T0 − T1 ) ×100% ε L = ( L0 − L1 ) / L0 ×100% = α L (T0 − T1 ) ×100%
凝
灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系 凝固收缩
（3）铸铁的固体收缩 ）铸铁的固体收缩 曲线
图 Fe-C合金的自由线收缩曲线 合金的自由线收缩曲线 1－碳钢；2－白口铁；3－灰铸铁；4－球墨铸铁 －碳钢； －白口铁； －灰铸铁； －
10.3.2 缩孔与缩松的形成机理
•缩孔与缩松的分类及特征 缩孔与缩松的分类及特征
第10章 10章
铸件凝固组织的形成与控制
缩孔与缩松的形成原 缩孔与缩松的形成原
§1nkage porosity
10.3.1 金属的收缩 • 1、收缩的基本概念 、
• ——铸件在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的体积 铸件在液态、 铸件在液态 减少。 减少。 体收缩——金属从液态到常温（室温）的体积改变量 金属从液态到常温（室温） 体收缩 金属从液态到常温
铸件热节处的缩孔与缩松
10.3.2 缩孔与缩松的形成机理
①缩孔：凝固体积收缩，得不到液态金属的补充 →逐层凝 缩孔：凝固体积收缩， 逐层凝
固时→ 通过液态金属的流动使收缩集中于铸件最后凝固 固时 部位形成集中缩孔。 集中缩孔 部位形成集中缩孔。 糊状区、 液体流动困难→ ②缩松：糊状凝固 糊状区、液固共存 液体流动困难 缩松：糊状凝固→糊状区 液固共存—液体流动困难 晶间树枝间得不到补充 →分散的小缩孔 分散的小缩孔
a) 明缩孔 b) 凹角缩孔 c) 芯面缩孔 d) 内部缩孔
2 缩松（Porosity） 缩松（ ）
分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分类：宏观缩松（简称缩松）和微观缩松（显微缩松） 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中， 分布：多出现于结晶温度范围较宽的合金中，常分布在铸件壁的轴线 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。 区域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。
冷铁对缩孔位置的影响 （顺序凝固） 顺序凝固）
冷铁造成同时凝固方式示意图 冷铁造成同时凝固方式示意图 同时凝固
（四）加压补缩——压力下凝固 加压补缩 压力下凝固 （压力釜，挤压铸造，高压铸造） 压力釜，挤压铸造，高压铸造）
图 碳钢的比容与温度和含碳量的关系 1－0.35％C；2－0.25%C；3－0.8%C － ％ ； － ； －
（3）固态收缩 ） a.珠光体转变前收缩 珠光体转变前收缩 b.共析转变期的膨胀 共析转变期的膨胀 c.珠光体转变后收缩 珠光体转变后收缩
ε v固 = ε v珠前－ε Vγ →α + ε v珠后