凝固缺陷及控制课件.ppt

1、大家好大家好UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan第十一章第十一章 凝固缺陷及控制凝固缺陷及控制 主要内容：主要内容：合金中的成分偏析 气孔与夹杂的形成机理 缩孔缩松的形成与防止 凝固收缩、变形与裂纹UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan第一节第一节 合金中偏析合金中偏析 偏析偏析 合金在凝固中发生的化学成分不均匀现象叫偏析。分类：分类：微观偏析：合金微小范围内（约一个晶粒范围）的化学成分不均匀性，如晶内偏析和晶界偏析。宏观偏析：合

2、金凝固断面上各部位的化学成分不均匀性，常有正常偏析、逆偏析和重力偏析等 正偏析：负偏析：0CCs0CCsUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan一、微观偏析一、微观偏析 晶内偏析晶内偏析 晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象。形成机理：形成机理：1）合金相图上液相线和固相线间隔越大，则先后结晶部分的）合金相图上液相线和固相线间隔越大，则先后结晶部分的成分差别越大，晶内偏析越严重。成分差别越大，晶内偏析越严重。2）偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，晶内偏析倾向越大。）偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，晶内偏析倾

3、向越大。3）在其他条件相同时，冷却速度越快，则实际结晶温度越低，原子扩散能力越小，晶内偏析越严重 对性能的影响对性能的影响 成分不均匀造成性能下降，特别是塑性和韧性 成分不均匀造成合金抗腐蚀性能的下降 特点：特点：不稳定，通过扩散退火和均匀化退火可以消除UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan晶界偏析晶界偏析 晶界偏析晶界偏析 晶界与晶内的化学成分不均匀现象；晶界与晶内的化学成分不均匀现象；在晶粒与晶粒之间最后凝固部分（即晶界区）在晶粒与晶粒之间最后凝固部分（即晶界区）积累了更多的低熔点组元和杂质元素。积累了更多的

4、低熔点组元和杂质元素。晶界偏析的程度比晶内偏析更为严重，有时晶界偏析的程度比晶内偏析更为严重，有时在晶界上还会出现一些不平衡的第二相，如在晶界上还会出现一些不平衡的第二相，如低熔点共晶体低熔点共晶体UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan晶界偏析形成过程晶界偏析形成过程UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanAl-0.2%Ce合金的偏析UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,

5、G.R.Tynan二、二、宏观偏析宏观偏析1 正常偏析正常偏析单向凝固时的溶质分布曲线单向凝固时的溶质分布曲线铸件外层纯度高、溶质含量 低，内部溶质含量高、杂质 集中的区域偏析为正常偏析机理：冷速较慢，低熔点组机理：冷速较慢，低熔点组 元充分向内部聚集元充分向内部聚集危害：铸件性能不均匀；但 可借此对金属提纯防止：扩散退火无效，提高 冷速有效，如降低浇注温 度、加速铸件凝固UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan2 逆偏析逆偏析 铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即 k1

6、 时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上部含溶质较少部含溶质较少 结晶温度范围宽的固溶体结晶温度范围宽的固溶体合金和粗大的树枝晶易产生逆合金和粗大的树枝晶易产生逆偏析，缓慢冷却时逆偏析程度偏析，缓慢冷却时逆偏析程度增加。增加。Al-4.7Cu合金的逆偏析合金的逆偏析UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan3、V形偏析和逆形偏析和逆V形偏析形偏析 特征特征 对于大型钢锭，呈锥形，偏析带中存在大量的C、S、P等杂质 形成机理形成机理 溶质富集产生周期性凝固，并且

7、结晶沉淀在钢锭下部形成负偏析，上部形成正偏析 晶粒脱落沉淀，收缩后被富溶质液态填充而形成V形偏析UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan4 带状偏析带状偏析带状偏析的形成特点是它总是和凝固的固带状偏析的形成特点是它总是和凝固的固-液界面相平行。液界面相平行。防止措施：防止措施：（1）强化冷却）强化冷却（2）加入组织初晶沉浮的合金元素，如）加入组织初晶沉浮的合金元素，如Cu-Sb合金合金中加入中加入Ni，Sb-Sn合金中加入合金中加入Cu由于重力作用而出现的化学成分不均匀现象。由于重力作用而出现的化学成分不均匀现象。

8、在凝固初期，由于组员密度差异在凝固初期，由于组员密度差异 而产生重力偏析。而产生重力偏析。如如Cu-Sb合金，合金，Sn-Sb轴承合金等轴承合金等 5 重力偏析重力偏析UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan6、区域偏析和层状偏析、区域偏析和层状偏析 区域偏析：区域偏析：焊缝熔池凝固时，柱状晶快速长大，是溶质和杂质元素推向焊缝中心，形成中心区域偏析带。易产生裂纹 层状偏析：层状偏析：是由于热的周期性作用而引起的意志化学成分不均匀现象 原因：结晶潜热和热能的波动，冷却速度慢时偏析较小、冷却快时偏析较严重UCSD MA

9、E-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan第二节第二节 气孔与夹杂气孔与夹杂 一、气孔一、气孔 因气体分子聚集而在金属中产生的空洞叫气孔 原因：液态金属中气体溶解度降低而溢出的分子状态的液态金属中气体溶解度降低而溢出的分子状态的气泡；气泡；侵入气体不被金属溶解形成的气泡。侵入气体不被金属溶解形成的气泡。分类：按气体来源：析出性气孔、侵入性气孔和反应性按气体来源：析出性气孔、侵入性气孔和反应性气孔气孔 按气体种类：氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔按气体种类：氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔UCSD MAE-1 Fluid Dynamics

10、Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 1、析出性气孔、析出性气孔 在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体，来不及从液面排出而形成气孔。分布：冒口附近和热节 形状：含气量少时呈裂纹状；含气量高时呈团球状含含氢氢量量 一）基本概念一）基本概念 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanAl-Si合金中的典型析出性气孔合金中的典型析出性气孔UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanAl-Si合金中的典型析出

11、性气孔合金中的典型析出性气孔UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan2、侵入性气孔、侵入性气孔 定义：定义：铸型和型芯在高温金属作用下产生的气体，侵入金属内部形成的气孔 特征：特征：数量少、体积大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表面或近表层 形状：形状：梨形、椭圆形或圆形 组分：组分：水蒸气、CO、CO2、H2、碳氢化合物UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan3、反应性气孔、反应性气孔 定义：定义：金属液铸型之间、金属液内部发生

12、化学反应所产金属液铸型之间、金属液内部发生化学反应所产生的气孔生的气孔 分布：铸件表皮以下铸件表皮以下13mm处，通称皮下气孔处，通称皮下气孔 形状：球状和梨状球状和梨状 组分：CO、N2、H2UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan二）二）气孔的析出气孔的析出 气体析出方式：气体析出方式：扩散逸出、与金属元素形成化合物和以气泡形式逸出 气泡形成过程气泡形成过程 气泡的生核、长大和上浮逸出UCSD

13、 MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan铸件中气孔的形成示意图UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan气泡生核气泡生核 生核方式：依附现成表面非均质形核生核方式：依附现成表面非均质形核 气泡生核能：气泡生核能：)cos1(1)(AAAVppELb越高，生核能越小，生核越容易，如枝晶间凹陷部位越高，生核能越小，生核越容易，如枝晶间凹陷部位越大，生核能越小，越大，生核能越小，生核越容易生核越容易AAUCSD MAE-1 Fluid Dynamics

14、 Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan气泡的长大气泡的长大 气泡的长大气泡的长大:长大的热力学条件：0ppbbp0p：气泡内各种气体分压的总和：气泡内各种气体分压的总和：阻碍气泡长大的外界压力总和，包括大：阻碍气泡长大的外界压力总和，包括大气压、金属静压头、和表面张力产生的附气压、金属静压头、和表面张力产生的附加压力加压力rppppppbacba20UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan气泡的逸出上浮气泡的逸出上浮 气泡形核后短暂长大脱离依附表面而上浮气泡形核后短暂长大脱离依附表面

15、而上浮UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan二）二）气孔的形成机理气孔的形成机理exp11000 xDvKKCCLL凝固界面前沿气体原子聚集凝固界面前沿气体原子聚集固相固相无扩散、液相只有扩散：无扩散、液相只有扩散：1）、析出性气孔）、析出性气孔机理：结晶前沿特别是枝晶间气体溶质富集，当气体含量超机理：结晶前沿特别是枝晶间气体溶质富集，当气体含量超过其饱和度，析出压力大于外界阻力时，气体依附于晶界溶过其饱和度，析出压力大于外界阻力时，气体依附于晶界溶质偏析和非金属夹杂物生核长大，逸出气泡，且气泡不易排质偏析和非金

16、属夹杂物生核长大，逸出气泡，且气泡不易排除而留下来成为气孔除而留下来成为气孔UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 动力学条件：取决于：上浮速度Ve与凝固速度R 当Ve Pa+H 2/r(a)含气量小含气量小 (b)含气量大含气量大 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanAH-2测氢系统外形图测氢系统外形图铝液含氢量定量测试仪（铝液含氢量定量测试仪（AH-2B）测氢系统的组成：测氢系统的组成：1-坩锅坩锅 2-热电偶热电偶 3-玻璃

17、玻璃4-微压传感器微压传感器5-微机数据采集系统微机数据采集系统6-真空管路真空管路 7-电阻炉电阻炉 8-真空泵真空泵UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanBTAPCHH lg5.0lg式中式中T铝液温度，铝液温度，K CH氢在铝合金熔体中的溶解度，氢在铝合金熔体中的溶解度，ml/100gAl PH铝液中氢气分压，铝液中氢气分压，Pa A和和B为与合金成分有关的常数为与合金成分有关的常数 第一气泡法（第一气泡法（SievertsSieverts定律）定律）含氢量检测原理含氢量检测原理UCSD MAE-1 Flu

18、id Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynand)d)含氢量含氢量0.065cm0.065cm3 3/100gAl/100gAl b)b)含氢量含氢量0.183cm0.183cm3 3/100gAl/100gAl c)c)含氢量含氢量0.128cm0.128cm3 3/100gAl/100gAl a)a)含氢量含氢量0.237cm0.237cm3 3/100gAl/100gAl 通过铝液含氢量检测及控制，大幅度减少针孔通过铝液含氢量检测及控制，大幅度减少针孔UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture N

19、otes,G.R.Tynan1、危害 有效工作断面 b 应力集中 裂纹 疏松 气密性 耐蚀性2、防止措施 1）消除气体来源：炉料洁净、型砂水分、有机粘结剂用量和含氮量、焊条烘干等 2）合理工艺：精炼、除气和气体保护 3）增加气体析出阻力：快速凝固、金属型铸造、密封加压凝固等 三）三）影响气孔的因素及防止措施影响气孔的因素及防止措施UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan二、二、夹杂物夹杂物 定义：定义：金属内部或表面存在的和基本金属成分不同的物质。来源：来源：原材料本身含有的夹杂物 金属熔炼和炉前处理带来的夹杂物，

20、如MnO、SO2、Al2O3等 液态金属与耐火材料及熔渣接触产生的 与其他接触产生的夹杂物 铸造和焊接过程中产生的UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan夹杂物的分类夹杂物的分类1、来源：内生夹杂：熔化与凝固过程冶金反应产物 脱O P S 产物 N2、O2 、P 溶解 偏析 形成第二相 外来夹杂：熔炉耐火材料、造型材料2、按组成：氧化物、硫化物、硅酸盐3、按形成时间先后：一次夹杂物和二次夹杂物按形成时间先后：一次夹杂物和二次夹杂物4、按夹杂物的形状：球形、多面体、多角形等等、按夹杂物的形状：球形、多面体、多角形等等

21、 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan决定于夹杂物的 成分、性能、形状、大小、数量、分布=硬脆k 球形 影响；针状、尖角 影响（应力集中）事物的另一方面：高熔点、细小颗粒 好的作用 非自发形核核心 细化 沉淀强化N化物弥散 新学科的产生 MMC，人为的加入高性能陶瓷相夹杂物的危害夹杂物的危害：连续性，均匀性破坏连续性，均匀性破坏机械性能机械性能 致密性致密性 耐蚀性能耐蚀性能 红脆红脆 热裂（

22、低熔点相）热裂（低熔点相）裂纹源裂纹源UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan钢中钢中MnS夹杂物引起的裂纹源及扩张过程夹杂物引起的裂纹源及扩张过程a)原始状态原始状态 b)受力后产生裂纹受力后产生裂纹 c)d)裂纹继续扩展裂纹继续扩展UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 浇注前的熔炼及熔体处理中，冶金反应产生。夹杂物容易聚合、长大 防止措施：（1）加溶剂吸收夹杂 （2）除气处理时也可将夹杂物携带上浮排出 （3）过滤法3、初生夹杂物

23、的形成及防止措施、初生夹杂物的形成及防止措施UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan4、二次氧化夹杂物的形成及防止措施、二次氧化夹杂物的形成及防止措施（1）形成）形成浇注及填充铸型的过程中氧化形成浇注及填充铸型的过程中氧化形成（2）防止）防止合理的浇注工艺及浇冒口系统，合理的浇注工艺及浇冒口系统，平稳充型平稳充型 控制金属液的易氧化元素控制金属液的易氧化元素 铸型内铸型内造造还原型气氛还原型气氛UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan5

24、、次生夹杂物、次生夹杂物凝固过程中，溶质再分配，溶质富集，偏晶结晶析出夹杂物凝固过程中，溶质再分配，溶质富集，偏晶结晶析出夹杂物例如：例如：Fe中富集中富集Mn和和S时：时：UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan图图 夹杂物粘附晶体示意图夹杂物粘附晶体示意图（a)粘附后粘附后 （b)粘附前粘附前粘附发生的条件：粘附发生的条件：LcLiic图图 偏析夹杂物被粘附陷入晶内示意图偏析夹杂物被粘附陷入晶内示意图UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.T

25、ynan夹杂物被排斥推入液相示意图夹杂物被排斥推入液相示意图UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan131323231212sinsinsin晶界残留较多夹杂物时的形状：晶界残留较多夹杂物时的形状：121122cos132312120132312UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan不同二面角晶间夹杂物的形状示意图不同二面角晶间夹杂物的形状示意图121122cosUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area

26、 Lecture Notes,G.R.Tynan Shrinkage holes and shrinkage porosity 第三节第三节 缩孔与缩松的形成原理缩孔与缩松的形成原理UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan一、一、金属的收缩金属的收缩 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减少。体收缩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）的体积改变量 )(1 1001TTVVv线收缩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）的线

27、尺寸改变量寸改变量 )(1 1001TTLLL%100)(%100/)(10010TTVVVvv%100)(%100/)(10010TTLLLLL体收缩率：体收缩率：线收缩率：线收缩率：UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan1、液态收缩：、液态收缩：%100)(LTTvv浇液液2、凝固收缩：、凝固收缩：3、固态收缩：、固态收缩：%100)(S室固固TTvv%100)(S室TTLLUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan2、铸钢的收缩、

28、铸钢的收缩图图 碳钢的比容与温度和含碳量的关系碳钢的比容与温度和含碳量的关系10.35C；20.25%C；30.8%C（1）液态）液态（2）凝固）凝固UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan（3）固态收缩）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珠后珠前固vVvvUCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan3、铸铁的收缩、铸铁的收缩图图 铸铁的收缩过程曲线铸铁的收缩

29、过程曲线1白口铸铁；白口铸铁；2灰铸铁灰铸铁610)3090(Cv液(1)液态收缩液态收缩（2）凝固收缩：）凝固收缩：状态改变温度降低状态改变温度降低)(L)()(TTSLvSLvv浇凝析出析出1石墨，体积增大石墨，体积增大2凝凝UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan灰铸铁灰铸铁凝固收缩凝固收缩与碳当量的关系与碳当量的关系（3）铸铁的）铸铁的固体收缩固体收缩曲线曲线UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.TynanUCSD MAE-1 Flui

30、d Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 图图 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；碳钢；2白口铁；白口铁；3灰铸铁；灰铸铁；4球墨铸铁球墨铸铁UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞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。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称为

31、缩松 1 缩孔（缩孔（Shrinkage hole）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，有枝晶脉络状凸起特征：尺寸较大，形状不规则，表面不光滑，有枝晶脉络状凸起 a)明缩孔明缩孔 b)凹角缩孔凹角缩孔 c)芯面缩孔芯面缩孔 d)内部缩孔内部缩孔 分类：内缩孔和外缩孔分类：内缩孔和外缩孔 二、二、缩孔与缩松的分类及特征缩孔与缩松的分类及特征UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan2

32、 缩松（缩松（Porosity）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，常分布在铸件壁的轴线区分布：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。域、缩孔附近或铸件厚壁的中心部位。铸件热节处的缩孔与缩松 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan缩孔：凝固体积收缩，得不到液态金属的补充 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部位形成集中缩孔。缩松：糊状凝固糊状区、

33、液固共存液体流动困难晶间树枝间得不到补充 分散的小缩孔三、三、缩孔与缩松的形成机理缩孔与缩松的形成机理危害：危害：机械性能、机械性能、气密性、耐蚀性、锻造裂纹气密性、耐蚀性、锻造裂纹UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan铸件中缩孔的形成示意图UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan 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；含气量高的显微缩松与球形孔洞；b.树枝间的显微缩松树枝间的显微缩松UC

34、SD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan图图 铸铁共晶石墨长大特点示意图铸铁共晶石墨长大特点示意图灰铸铁灰铸铁“自补缩能力自补缩能力”球墨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缩松倾向大 若铸型刚性大若铸型刚性大自补缩自补缩UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan图图 灰铁与球铁在湿砂型中浇注的膨胀曲线灰铁与球铁在湿砂型中浇注的膨胀曲线灰铸铁灰铸铁“自补缩能力自补缩能力”球墨铸铁球墨铸铁膨胀力大膨胀力大若铸型移动若铸型移

35、动缩松倾向大缩松倾向大 若铸型刚性大若铸型刚性大自补缩自补缩UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan产生缩孔、缩松因素与控制：收缩必然性缩孔或缩松取决于凝固方式（层、糊）影响凝固方式因素：成分、温度梯度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)浇注条件；铸件尺寸缩孔防止：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。T 枝晶发达 缩松四、四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施影响缩孔与缩松的因素及防止措施UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lec

36、ture Notes,G.R.Tynan 防止措施防止措施成分选择成分选择 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）急冷急冷减少糊状（缩松），如冷铁减少糊状（缩松），如冷铁UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan定向凝固方式示意图定向凝固方式示意图均匀壁厚铸件定向凝固过程均匀壁厚铸件定向凝固过程UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan图图 扩展角对补缩困难区

37、的影响扩展角对补缩困难区的影响UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan冷铁对缩孔位置的影响冷铁对缩孔位置的影响 （顺序凝固）（顺序凝固）冷铁造成冷铁造成同时凝固同时凝固方式示意图方式示意图UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan（四）加压补缩（四）加压补缩压力下凝固压力下凝固 （压力釜，挤压铸造，高压铸造）（压力釜，挤压铸造，高压铸造）UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,

38、G.R.Tynan5-6 变形与裂纹变形与裂纹 一一 铸件应力铸件应力 铸件或者铸件某部位由于凝固所带来的尺寸变化受到阻碍不能自由进铸件或者铸件某部位由于凝固所带来的尺寸变化受到阻碍不能自由进行时，就会产生应力、变形或裂纹（包括冷裂、热裂）行时，就会产生应力、变形或裂纹（包括冷裂、热裂）热裂区：有效结晶温度间隔内的某一温度区间热裂区：有效结晶温度间隔内的某一温度区间 变形区：固相线以下某一温度范围变形区：固相线以下某一温度范围 应力区：在塑性与弹性转变的临界温度以下应力区：在塑性与弹性转变的临界温度以下 应力的分类：热应力、相变应力和机械阻碍应力应力的分类：热应力、相变应力和机械阻碍应力 凡铸

39、件冷却过程中尺寸变化受阻，产生的应力都称凡铸件冷却过程中尺寸变化受阻，产生的应力都称铸造应力铸造应力。但通常指的。但通常指的铸造应力多指铸造应力多指残余应力残余应力 铸造应力是热应力、相变应力和机械阻碍应力的矢量和铸造应力是热应力、相变应力和机械阻碍应力的矢量和 铸件应力的危害铸件应力的危害UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan二二 铸件的变形和冷裂铸件的变形和冷裂1 变形变形 铸件的变形 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan2

40、铸件的冷裂铸件的冷裂冷裂(cold crack)是铸造应力超过材料的强度极限时产生的裂纹 冷裂的断口表面有金属光泽或呈轻度氧化色，裂纹走向平滑，而且往往是穿过晶粒而非沿晶界发生。使铸件中铸造应力增大，或者使材料的强度、塑性及韧性降低的因素，都会使裂纹倾向增加。3 铸造应力、变形和冷裂的预防与消除铸造应力、变形和冷裂的预防与消除（1）铸造应力的防止与消除 使铸件冷却均匀，减小各部分温度差，改善铸型及型芯退让性，减少铸件收缩时的阻力（2）变形和冷裂的防止与消除 反变形措施 设置防变形的“拉筋”采用早打箱并立即入炉缓冷的方法 用浇注系统调整铸件的温度场 UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes,G.R.Tynan三、三、热裂热裂 1 热裂的形态及危害热裂的形态及危害热裂（Hot crack）是铸件处于高温状态时形成的裂缝类缺陷 热裂的外形不规则，弯弯曲曲，深浅不一，有时还有分叉。裂纹表面不光滑，有时可以看到树枝晶凸起，并呈现高温氧化色 2 防止铸件热裂的途径防止铸件热裂的途径 热裂的影响因素主要有合金性质、铸型性质、浇注条件及铸件结构 1）提高合金抗热裂能力 2）改善铸型和型芯的退让性，减少铸件收缩时的各种阻力 3）减小铸件各部位温差，建立同时凝固的冷却条件 4）改进铸件结构的设计