第六章 铸件中的缺陷及其控制

录像 38
第三节 缩孔与缩松
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※影响因素 金属的性质

(收缩系数α大)
铸型的冷却能力 （蓄热系数b小) 源自浇注温度与浇注速度 (高，快）
铸件尺寸 （大）
补缩能力 （弱）
例：铸铁的缩孔、缩松倾向
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第三节 缩孔与缩松
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施 基本原则：针对该合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工
偏析对合金的力学性能、 偏析主要是由于合金在凝 抗裂性能及耐腐蚀性能等有 固过程中溶质再分配和扩 程度不同的损害。偏析也有 散不充分引起的. 有益的一面，如利用偏析现 象可以净化或提纯金属等。
晶界偏析
第一节 化学成分的不均匀性
2、微观偏析
2.1 胞状偏析
•胞状晶体生长时，由于 溶质的再分配，在胞壁处 的溶质将富集（ K0<1 ） 或贫化（ K0>1 ）; •电子探针分析表明： （ K0<1 ）在胞壁处溶质 浓度比整体平均浓度大两 个数量级。 •均匀化退火；
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第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.4 带状偏析
第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.5 密度偏析 1.由于密度差,且缓慢冷却,造成上浮或下沉; 2.增加冷速，尽量降低合金的浇注温度和浇注速度， 加入第三种合金元素。
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第三节 缩孔与缩松
1、金属收缩的基本概念
温 度 /℃ T浇 温 度 /℃
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第一节 化学成分的不均匀性
2、微观偏析
2.3 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。
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第一节 化学成分的不均匀性
2、微观偏析
微观偏析是一种不平衡状态，在热力学上是不稳定 的。可通过扩散退火或均匀化退火来消除，即将合金
图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但可以利用溶质的正常偏 正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析系数较大的 a－平衡凝固 b－液相只有扩散 c－液相完全混合 d－液相部分混合 析现象对金属进行提纯精炼。 合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固，偏析反而减轻。 14
m
温 度 /℃
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 体收缩率/％ c） c）恒温凝固的合金
a）合金相图
体收缩率/％ b） 二元合金收缩过程示意图 b）有一定结晶温度范围的合金
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第三节 缩孔与缩松
1、金属收缩的基本概念 ※液态收缩(T浇-TL)
• 原因：气体排出；空穴减少；原子间间距减小。
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第三节 缩孔与缩松
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施
(2) 防止缩孔的方法 •要使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，主要是通过控 制铸件的凝固方向使之符合“定向凝固原则”。
艺，使铸件在凝固过程中建立良好补缩条件，尽可能使缩松转 化为缩孔，并使缩孔出现在铸件最后凝固的地方。这样，在铸 件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使缩孔集中于冒口中， 或者把浇口开在最后凝固的地方直接补缩，就可以获得健全的 铸件。
(1) 使缩松转化为缩孔的方法 第一，尽量选择凝固区域较窄的合金，使合金倾向于逐层凝 固，从根本上解决缩松的生成条件； 第二，对一些凝固区域较宽的合金，可采用增大凝固的温度 梯度办法，使合金尽可能地趋向于逐层凝固。

多集中在铸件的上部和最后凝固的部位；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（称为热节），也 常出现缩孔；

缩孔尺寸较大，形状不规则，表面不光滑。
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2、缩孔与缩松的分类及特征 ※缩松
第三节 缩孔与缩松
•常分布于铸件壁的轴线区域、缩孔附近或 铸件厚壁的中心部位。 •分为宏观缩松和显微缩松；
V 凝＝V ( LS )＋V LS） TL－TS ) 100％ （ （
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第三节 缩孔与缩松
1、金属收缩的基本概念 ※凝固收缩(TL- T固)
此两种收缩在外部表现皆为体积减小，一般表现为液 面降低，因此称为体积收缩,是铸件产生缩孔和缩松的 基本原因。
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第三节 缩孔与缩松
1、金属收缩的基本概念 ※固态收缩(<T固) εv固 = αv固 (Ts-T0)×100% εl = αl (Ts-T0)×100%
•显微缩松一般出现在枝晶间和分枝之间；
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第三节 缩孔与缩松
2、缩孔与缩松的分类及特征 ※缩松
缩孔和缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性能大 大降低，以至成为废品。是极其有害的铸造缺陷之一
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第三节 缩孔与缩松
2、缩孔与缩松的分类及特征
体积凝 ？凝 固固
层状凝 ？凝 固 固
A
m
n
B
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第三节 缩孔与缩松
内缩孔 外缩孔
常出现在铸件的外部 或顶部，一般在铸件 上部呈漏斗状。
产于铸件内部，孔壁 粗糙不规则，有时可 见发达的树枝晶
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第三节 缩孔与缩松
2、缩孔与缩松的分类及特征 ※缩孔
a）明缩孔
b）凹角缩孔
c）芯面缩孔
d）内部缩孔
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第三节 缩孔与缩松
2、缩孔与缩松的分类及特征 缩 孔 特 点

常出现于纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围较窄的以层状凝 固方式凝固的铸造合金中；
第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.1 正偏析
当钢液浇入铸型后，铸型温度低，钢液 来不及在宏观范围内选择
第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.2 逆偏析
与正偏析相反，当K0＜1时，表面或底部含溶质元素多， 而中心部分或上部含溶质较少。
Al-4.7Cu 合金铸件的逆偏析
逆偏析的成因在于结晶温度范围宽的固溶体合金，在缓慢凝固时 易形成粗大的树枝晶，枝晶相互交错，枝晶间富集着低熔点相， 当铸件产生体收缩时，低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。
不同的合金收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩最大，灰口铸 铁的收缩最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，由于 石墨的比容大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀，抵销了 合金的部分收缩(一般每析出1%的石墨，铸铁体积约增加2%)。
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第三节 缩孔与缩松
2、缩孔与缩松的分类及特征 ※缩孔
第六章 铸件中的缺陷及其控制
第一节 化学成分的不均匀性
第二节 铸件中的气孔和非金属夹杂物
第三节 缩孔与缩松
第四节 热裂、应力、变形和开裂
第一节 化学成分的不均匀性
1、偏析种类 什么叫偏析？ 为什么会出现偏析？ 偏析的利弊？ 偏析的分类
宏观偏析 正偏析 逆偏析 带状偏析 微观偏析 晶内偏析
合金在凝固过程中发生 的化学成分不均匀现象。
αv≈3αl ，εv≈3εl
•固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。 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。
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第三节 缩孔与缩松
1、金属收缩的基本概念
金属从浇注温度冷却到室温所产生的体积收缩：
εv总= εv液 + εv凝 + εv固
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第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.2 逆偏析
扩大铸件内中心 等轴晶带，阻止 柱状晶发展，使 富集溶质的液体 不易从中心排向 表层，减少液体 中的气体含量等 可抑制逆偏析。
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第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3 宏观偏析
3.3V形偏析和逆V形偏析
收缩孔 正偏析 逆V偏析 V偏析
第一节 化学成分的不均匀性
2、微观偏析
2.2晶内偏析 铸钢组织也呈树枝状，其中先结晶的枝干中心含 碳量较低，后结晶出的分枝含碳量较高，枝晶间的含 碳量更高。
第一节 化学成分的不均匀性
2、微观偏析
2.2晶内偏析
影响因素：
（1）当其他条件相同时，冷却速度影响的双重性。冷 却速度快，溶质扩散越不充分，晶内偏析越严重。另一 方面，冷速增加，晶粒细化，偏析降低。 （2）偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，则晶内偏 析越严重。 （3）相图上液相线与固相线之间的水平距离越大，晶 内偏析越严重。 当k<1时，溶质平衡分配系数k越小，固液界面的溶质愈 富集。1-k来衡量溶质的偏析程度，称为偏析系数。
由于密度的差异， 当铸锭中央部分在凝 先凝固部分结晶 固下沉时，侧面向斜 沉淀，在铸锭的 下方产生拉应力，在 下半部形成低于 其上部形成逆V形裂 平均成分的负偏 缝，并被富含溶质的 析区，上部则形 液相所填充，最终形 成高于平均成分 成逆V形偏析带。 的正偏析区。
负偏析
图11-5 铸锭产生V形和逆V形 偏析部位示意图
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第一节 化学成分的不均匀性
3、宏观偏析
3.4 带状偏析
1.带状偏析常出现在铸锭或厚壁铸件中，有时是连续的，有时则是间 断的，偏析的带状总是和液-固界面相平行。 2.带状偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在溶质富集层且晶体 生长速度发生变化的缘故。
3.减少溶质含量,采取孕育措施细化晶粒,加强固液界面前的对流和搅 拌,也能够防止或减少带状偏析的形成.
2、缩孔与缩松的分类及特征
体积凝固 树枝晶 缩松
缩孔 胞状晶 层状凝固
TL
G
TL G
TS
TS
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第三节 缩孔与缩松