材料成型原理上册 第十一章 第三节 缩孔与缩松
防止缩松缩孔
第四节 防止缩孔缩松的途径 一、缩孔和缩松的相互转化 对于一定成分的合金，浇注温度一定时合金的收缩体积满足以下关系： 总收缩体积＝液态收缩体积＋凝固收缩体积＝缩孔体积＋缩松体积＝常数。 但是，缩孔和缩松体积可以相互转化，造成转化的根本原因是凝固方式的改变：即体积凝固还是逐层凝固。表8－2给出了影响缩孔和缩松体积相互转化的因素。
表8－2 缩孔、缩松互相转换的影响因素 影响因素 凝固区域 凝固倾向 缩孔体积 缩松体积 体积总收缩 结晶间隔↑ ↑ 糊 ↓ ↑ 不变 干型粘土砂 ↑ 糊 ↓ ↑ 不变 湿型粘土砂 ↓ 层 ↑ ↓ 不变 金属型 ↓↓ 层↑ ↑↑ ↓↓ 不变或稍↓ 绝热型 ↑↑ 糊↑ ↓↓ ↑↑ 不变或稍↑ 浇注温度↑ ↑ 不变 ↑ 浇注速度 ↓ 不变 ↓
二、防止缩孔和缩松的途径 防止铸件中产生缩孔和缩松的基本原则是针对该合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺，使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽可能地使缩松转化为缩孔，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臵一定尺寸的冒口，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，即可获得健全的铸件。 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“顺序凝固原则”或“同时凝固原则”。
1、顺序凝固(progressive solidification) 铸件的顺序凝固原则，是采用各种措施保证铸件结构上各部分，按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后才是冒口本身凝固的次序进行，亦即在铸件上远离冒口或浇口的部分到冒口或浇口之间建立一个递增的温度梯度，如图8-8所示。铸件按照顺序凝固原则进行凝固，能保证缩孔集中在冒口中，获得致密的铸件。
逐层凝固是指铸件某一断面上，先在铸件表面形成硬壳，然后它逐渐向铸件中心长厚，铸件中心最后凝固。因此，顺序凝固和逐层凝固是两个不同的概念。
有关球铁铸件缩孔缩松形成及预防
有关球铁铸件缩孔缩松形成及预防摘要,阐述有关球墨铸铁凝固特性、凝固过程体积变化和缩孔、缩松形成机理以及本人就缩孔、缩松的预防提出了看法。
关键词,球墨铸铁件,缩孔,缩松,防止前言球墨铸铁具有较大的缩孔、缩松倾向，如何防止和消除一直是铸造工作者关注的问题。
由于球墨铸铁缩孔、缩松形成的复杂性，在缩孔、缩松的形成机理和防止措施方面，存在许多不一致甚至相互矛盾的看法。
为有助于对此问题进行更深的研究，本文讲述有关球墨铸铁铸件缩孔、缩松的形成及预防，并就缩孔、缩松的预防方法发表本人的看法。
1 定义球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度 1.1成分球墨铸铁除铁外的化学成分通常为:含碳量3.6,3.8,，含硅量2.0,3.0,，含锰、磷、硫总量不超过1.5,和适量的稀土、镁等球化剂1.2性能球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。
为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。
如国际标准化组织ISO1083所规定的大多数球墨铸铁铸件，主要是以非合金态生产的。
显然，这个范围包括抗拉强度大于800牛顿/毫米，延伸率为2%的高强度牌号。
另一个极端是高塑性牌号，其延伸率大于17%，而相应的强度较低(最低为370牛顿/毫米勺。
强度和延伸率并不是设计者选择材料的唯一根，而其它决定性的重要性能还包括屈服强度、弹性模数、耐磨性和疲劳强度、硬度和冲击性能。
另外，耐蚀性和抗氧化以及电磁性能1对于设计者也许是关键的。
为了满足这些特殊使用，研制了一组奥氏体球铁，通常叫傲Ni一Resis亡球铁。
这些奥氏体球铁，主要用锌、铬和锰合金化，并且列入国际标准。
2球墨铸铁的凝固特点球墨铸铁有着与其它合金不同的凝固特点:(1)共晶凝固温度范围宽，呈糊状凝固(2)与灰铸铁相比，共晶团数多，共晶膨胀较大。
钛合金铸件缩孔(缩松)产生原因及防止方法
钛合金铸件缩孔（缩松）产生原因及防止方法
缩孔（缩松）
特征：缩孔是钛合金铸件表面或内部存在的一种表面粗糙的孔，轻微缩孔是许多分散的小缩孔，即缩松，缩孔或缩松处晶粒粗大。
常发生在钛合金铸件内浇道附近、冒口根部、厚大部位，壁的厚薄转接处及具有大平面的厚薄处。
形成原因：
1、模具工作温度控制未达到定向凝固要求。
2、涂料选择不当，不同部位涂料层厚度控制不好。
3、铸件在模具中的位置设计不当。
4、浇冒口设计未能达到起充分补缩的作用。
5、浇注温度过低或过高。
防治方法：
1、提高磨具温度。
2、调整涂料层厚度，涂料喷洒要均匀，涂料脱落而补涂时不可形成局部涂料堆积现象。
3、对模具进行局部加热或用绝热材料局部保温。
4、热节处镶铜块，对局部进行激冷。
5、模具上设计散热片，或通过水等加速局部地区冷却速度，或在模具外喷水，喷雾。
6、用可拆缷激冷块，轮流安放在型腔内，避免连续生产时激冷块本身冷却不充分。
7、模具冒口上设计加压装置。
8、浇注系统设计要准确，选择适宜的浇注温度。
钛合金铸件缩孔（缩松）产生原因及防止方法。
铸钢件缩孔及缩松缺陷的消除
铸钢件缩孔及缩松缺陷的消除【摘要】通过分析铸钢件缩孔及缩松产生的机理，总结出铸件产生缩孔及缩松缺陷的部位，提出从改进浇注系统、改变铸件结构、适当提高浇注温度及控制浇注速度等几个方面消除铸件中的缩孔及缩松。
缩孔及缩松缺陷是铸钢件生产中的一大难题，长期以来困扰着广大铸造工作者。
这两种缺陷多发生在铸件内部，通过机械加工或X 射线检查可以发现，要进行挽救比较困难，也有发生在表面上的，通过安放冒口可以消除。
这两种缺陷很相似，危害都很大，可以归为一类。
由于缩孔及缩松缺陷的消除需要综合考虑浇注系统、浇注温度、铸件结构、冒口及冷铁等工艺因素，在实际生产中难以控制。
本文拟对铸钢件生产中出现的缩孔、缩松缺陷的消除作一探讨，供有关人员参考。
一、缩孔及缩松缺陷产生的机理铁液在铸型内冷凝的过程中，体积要发生三次收缩：第一次是合金液从浇注温度冷却到开始凝固的温度，称为液态收缩; 第二次是从开始凝固的温度冷却到金属液全部凝固的温度，称为凝固收缩; 第三次是从全部凝固的温度冷却到室温，称为固态收缩。
液态收缩的大小与浇注温度有关，铁液每降低100 ℃，体积约缩小0. 78 % ～1. 2 % ，因此浇注温度越高，液态收缩越大。
一般情况下，在能保证流动性的前提下，应尽量降低铁液的浇注温度。
液态及凝固收缩受合金成分的影响较大，比如，在其他成分相同的情况下，碳、硅含量越大，收缩就越小; 而锰、硫含量越多，则收缩量越大。
一般铸钢件在凝固收缩阶段的线收缩率为2.0 % ～3. 5 % ，因此在砂型铸造中制造模样时，除了加放一定的加工余量外，还要按铸造合金的收缩特性，加上一定量的合金收缩率。
当金属液进入型腔后，靠近型壁的金属液散热快，冷却速度快，而后向铸件中心逐次凝固。
铸件在冷却凝固的过程中，一般液态收缩时可以得到浇包中液态金属的补缩，这个阶段的收缩对铸件质量影响不大; 固态收缩对形成缩孔、缩松缺陷的影响也不大，但如果在凝固收缩时得不到补缩，就会在铸件最后凝固的部位( 如温度最高的中心处) 形成细小或分散的孔洞，即缩孔、缩松缺陷。
压铸件缩孔缩松的原因及解决办法
1.压铸件缩孔缩松现象存在的原因压铸件缩孔缩松现象产生的原因只有一个,那就是由于金属熔体充型后,由液相转变成固相时必然存在的相变收缩.由于压铸件的凝固特点是从外向内冷却,当铸件壁厚较大时, 内部必然产生缩孔缩松问题。
所以,就压铸件来说,特别是就厚大的压铸件来说,存在缩孔缩松问题是必然的,是不可以解决的。
640.webp (1).jpg2.解决压铸件缩孔缩松缺陷的唯一途径压铸件缩孔缩松问题,不能从压铸工艺本身得到彻底解决,要彻底解决这个问题,只能超越该工艺,或者说是从系统外寻求解决的办法。
这个办法又是什么呢?从工艺原理上说,解决铸件缩孔缩松缺陷,只能按照通过补缩的工艺思想进行.铸件凝固过程的相变收缩,是一种自然的物理的现象,我们不能逆这种自然现象的规律,而只能遵循它的规律,解决这个问题。
3.补缩的两种途径对铸件的补缩,有两种途径,一是自然的补缩,一是强制的补缩. 要实现自然的补缩,我们的铸造工艺系统中,就要有能实现“顺序凝固”的工艺措施.很多人直觉地以为,采用低压铸造方法就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,但事实并不是这么回事.运用低压铸造工艺,并不等于就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,如果低压铸造工艺系统没有设有补缩的工艺措施,那么,这种低压铸造手段生产出来的毛坯,也是可能百分之一百存在缩孔缩松缺陷的。
由于压铸工艺本身的特点,要设立自然的“顺序凝固”的工艺措施是比较困难的,也是比较复杂的.最根本的原因还可能是, ”顺序凝固”的工艺措施,总要求铸件有比较长的凝固时间,这一点,与压铸工艺本身有点矛盾。
强制凝固补缩的最大特点是凝固时间短,一般只及”顺序凝固”的四分之一或更短,所以,在压铸工艺系统的基础上,增设强制的补缩工艺措施,是与压铸工艺特点相适应的,能很好解决压铸件的缩孔缩松问题。
4.强制补缩的两种程度挤压补缩和锻压补缩实现铸件的强制补缩可以达到有两种程度.一种是基本的可以消除铸件缩孔缩松缺陷的程度,一种是能使毛坯内部达到破碎晶粒或锻态组织的程度.如果要用不同的词来表述这两种不同程度话,那么,前者我们可以用“挤压补缩”来表达,后者,我们可以用“锻压补缩”来表达。
材料成型技术.
螺旋形流动性试样
（2）铸型和浇注条件 提高流动性的措施： 提高铸型的透气性，降低导热系数； 确定合理的浇注温度； 提高金属液的压头； 浇注系统结构简单。 （3）铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚
11.1.3 合金的收缩
1.收缩的概念
收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段： 液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率） 凝固收缩 固态收缩 ——产生变形和裂纹（线收缩率）
1、流动性概念
流动性——液态合金的充型能力。 流动性好的合金： 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； 易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越 长，流动性越好。 2、影响合金流动性的因素 （1）合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好,亚、过共晶合金流动性差。
2、铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成： 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。 缩松的形成： 结晶温度范围大的合金易形成缩松。
缩孔和缩松的防止： 定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒 口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔 后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。 结果——使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补 充，而将缩孔转移到冒口之中 3、铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂 的基本原因。 热应力的形成——热胀冷缩不均衡 机械应力的形成——收缩受阻 减少和消除应力的措施： 结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对称。 工艺上——同时凝固，去应力退火。
1、概述 （1）特种铸造的分类： 熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、 （2）特种铸造特点（与砂型铸造相比）： 1）铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好； 2）原材料消耗低、工作环境好等优点； 3）铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定 限制。 2、熔模铸造 （1）定义：熔模铸造是在易熔模样表面包覆若干层耐火材 料，待其硬化后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得 铸件的成形方法。 （2）熔模铸造工艺过程： 制造熔模、制模组、上涂料（及撒砂）、脱模、焙烧、浇 注、落砂、切浇口。
材料成型技术基础--名词解释
名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。
3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。
4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。
5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。
6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。
7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。
8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。
9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。
10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。
11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。
12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。
13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。
14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。
15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。
三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
缩孔
图1缩孔的形状不规则，孔壁粗糙。防止缩孔产生的条件是合金在恒温或很小的温度范围内结晶。铸件壁逐层 凝固的方式进行凝固。缩孔的形成过程如图1所示，液态合金填满铸型后。因铸型吸热，靠近型腔表面的金属很快 就降到凝固温度，凝固成一层外壳，温度下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余液体，由于液体收缩和 补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降，铸件内部出现空隙，直到内部完全凝固，在铸件上部形成缩孔。 已经形成缩孔的铸件的铸件继续冷却到室温时，因固态收缩，铸件的外形轮廓尺寸略有缩小。
影响
气孔对铸件质量的影响1破坏金属连续性2较少承载有效面积3气孔附近易引起应力集中,机械性能4弥散孔,气 密性
分类(按气体来源)1侵入气孔:砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成.气体来源:造型材料中水分, 粘结剂,各种附加物.特征:多位于表面附近,尺寸较大，呈椭圆形或梨形孔的内表面被氧化形成过程:浇注水汽(一 部分由分型面,通气孔排出,另一部分在表面聚集呈高压中心点)气压升高.溶入金属部分从金属液中逸出—浇口, 其余在铸件内部,形成气孔.预防:降低型砂(型芯砂)的发起量,增加铸型排气能力.2析出气孔:溶于金属液中的气 体在冷凝过程中,因气体溶解度下降而析出,使铸件形成气孔.原因:金属熔化和浇注中与气体接触(H2 O2 NO CO等) 特征:分布广,气孔尺寸甚小,影响气密性3反应气孔:金属液与铸型材料,型芯撑,冷铁或溶渣之间,因化学反应生成 的气体而形成的气孔.如:冷铁有锈 Fe3O4 + C –Fe + CO冷铁附近生成气孔防止:冷铁型芯撑表面不得有锈蚀, 油污,要干燥.
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防止缩孔和缩松的措施：①合理选用铸造合金；②按照定向凝固原则进行凝固；③合理地确定内浇道位置及 浇注工艺；④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因影响铸件收缩的因素:化学成分与合金类别：如铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。
浇注温度：合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
铸件结构和铸型工艺条件：铸件的收缩并非自由收缩，而是受阻收缩。
1）铸件中各部分冷却速度不同，收缩先后不一致，相互制约产生阻力；2）铸型等对铸件收缩产生的机械阻力。
铸件在冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。
容积大而且比较集中的孔洞—缩孔；细小而且分散的孔洞—缩松。
产生原因：液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值缩孔和缩松存在：铸件有效承载面积减小，引起应力集中，力学性能下降，还降低气密性和物理性能。
缩孔的形成：在铸件上部或最后凝固的部位；其外形特征是：近于倒圆锥形。
缩松的形成:由于结晶温度范围较宽，树枝晶发达，流动性低、液态和凝固收缩所形成的细小、分散孔洞得不到液态金属补充而造成。
纯金属和共晶成分的合金，易形成集中缩如何防止缩孔和缩松:防止措施①合理选用铸造合金②按照定向凝固原则进行凝固采用各种措施保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分先凝固然后是靠近冒口部分最后是冒口本身的凝固③合理选择浇注系统和浇注位置④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
附缩孔补救措施焊补。
挖去缺陷区金属用与基体金属相同或相容的焊条焊补缺陷区焊后修平进行焊后热处理。
举例: Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭有很强的柱状晶生长趋势,在轴线附近区域形成分散的缩松;加入0.8%B(原子分数)后,铸锭的组织得到细化,并削弱了柱状晶生长趋势,收缩缺陷分布集中以大缩孔方式存在,显微缩松的密度和尺寸均降低.添加0.1%C(原子分数)后,铸锭的组织和缩孔缩松与Ti-47Al-2Cr-2Nb比均无明显变化.热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。
为铸造残留应力减少或消除应力的方法:减少铸件各部位的温差，尽量形成同时凝固。
10.3 缩孔与缩松的形成原理
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。
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
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 ）
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