铸造凝固中的非金属夹杂物.ppt

第三节 凝固中的非金属夹杂物,一、 概 述,1）简单氧化物 (feo、cuo、mno2),（一）非金属夹杂物的分类,2）复杂氧化物 (aob2o3),3）硅酸盐,4）硫化物 (fes、mns),5）氮化物 (vn、tin、aln),（二）非金属氧化物的来源,1）脱氧、脱硫产物,内生夹杂物,外来夹杂物,2）硫、氧、氮等元素以低熔点共晶 或化合物形式析出,3）金属与外界物质相互作用而生成的 夹杂(与粘砂、锈蚀等生成的炉渣，与炉衬、浇包生成非金属夹杂物),4）金属液被大气氧化生成的氧化物,（三）非金属夹杂物对铸件质量的影响,1、对机械性能的影响：,（1）随氧化夹杂数量的增多，冲击韧性明显下降,（2）疲劳极限下降，且夹杂物越粗，疲劳极限越低,裂纹源为夹杂物,2、对铸造性能的影响：,1）流动性降低,2）铸件产生热裂：分布在晶界上的低熔点夹杂物,3）微观缩孔和气缩孔:低熔点夹杂物 如钢中的feo收缩较大；mns促进气孔形成,3、好的作用：,1）钢中的氧化物、碳化物和铸铁中的磷共晶 能提高材料的硬度，增加耐磨性,2）钢中微量ca和s形成球形cas，分布在晶 内，改善钢的切削性,3）难熔的非金属夹杂物可成为非自发结晶的 核心，细化铸件的宏观组织,二、 非金属夹杂物的形成,（一）非金属夹杂物生成的热力学条件,从溶有非金属元素的金属液中生成非金属夹 杂物，其化学反应方程为：,在标准条件下，生成的标准自由能：,me、c ：金属和非金属元素 ：生成的非金属夹杂物 a、b：系数 t：热力学温度,气体：该气体的分压为1大气压 固体、液体：纯物质 金属中溶质：1%；溶剂视为纯物质 渣中化合物：纯物质,化合反应进行的条件： 0 且 越小，生成物越稳定。必须注意，用 判断时，必须是标准条件。,非金属夹杂物的标准生成自由能,（二）浇注前形成的非金属夹杂物,扒渣后，尺寸较小的非金属夹杂物残留在金属液中,一次非金属夹杂物,例如脱氧过程中生成的氧化夹杂物 1、脱氧反应的进行条件：,me：与氧亲和力强的元素,：不溶于金属液,2、常见脱氧元素形成的非金属夹杂物：,（1）用硅铁脱氧时：,（2）用铝脱氧时：,（三）浇注时形成的非金属夹杂物,在浇注及充型过程中生成的 非金属夹杂物主要是氧化物,1、形成过程,二次氧化夹杂物,表面层氧化,氧化膜不断增厚,涡流、飞溅等把氧化膜卷入金属液,氧化夹杂物,2、影响二次氧化夹杂物形成的因素：,（1）合金成分,元素氧化的难易,元素含量的多少,合金的结膜温度,逸出气体,si、mn、c、fe氧化能力依次减弱， fe含量最多，二次氧化夹杂物中fe含量仍较高。,熔点较低，合金的结膜温度低，此类液态夹杂物易上浮，排除，减少二次氧化夹杂物 。,减轻金属液氧化程度。氧化性强,氧化性强，氧化严重。,（2）金属液流,金属液与大气接触机会越多，接触面积越大，时间越长，则生成的二次氧化夹杂物就越多，且弱氧化物的含量也相应增多。,金属液层流流动时，流动平稳，可减少二次氧化夹杂物。,（四）凝固时形成的非金属夹杂物,当枝晶间的偏析液达到过饱和时，则出现非金属夹杂物,偏析夹杂物,以fe-c合金为例： 假定合金中只有mn、s两种杂质。凝固过程中，由于溶质再分配枝晶间的液相中富集mn、c、s等溶质。,随着温度的下降，枝晶间液相中的mn和s富集。,生成mns夹杂物,三、夹杂物的长大、分布、和形状,（一）夹杂物的聚合长大,金属液中夹杂物紊乱无序的运动，相互碰撞，聚合长大。,几种情况,液态夹杂物的粘度较低，容易聚合成 一个完整的球状夹杂物。,当金属液温度低时，夹杂物粘度大， 聚合在一起呈粗糙的多链球状。,非同类夹杂物碰撞，经烧结，组成成 分更复杂的夹杂物,（二）夹杂物的分布,1）能作为金属非自发结晶核心的非金属夹杂 物分布在晶内,2）密度小的，经运动 碰撞 聚合 长大，浮到 铸件上部、上表面、铸件拐角处或冒口,3）处在凝固区内的高熔点固态微小夹杂物，可 能被枝晶粘附，分布在晶内，否则分布于晶界,4）偏析夹杂物分布在晶界,（三）夹杂物的形状,主要指晶界的低熔点偏析夹杂物，形状受界面张力的影响,平衡条件,合金成分对夹杂物形状的影响是由于它改变了界面张力。,型 球形-晶内,型 枝晶间杆状-晶界,型 多面体结晶形-晶内,铁基合金中的sio2形态,（a）单球,（b）多链球,夹杂物形状对机械性能影响：,球形，影响小 尖角薄膜状，危害大 细小，分散，晶内，危害小,四、减少和排除夹杂物的途径,一般去气的措施利于排除夹杂物，但因夹杂物密度大，不易去除，为此采取以下措施：,（1）正确选择合金成分，严格控制易氧化元素的含量,（2）加溶剂,液面覆盖一层溶剂，吸收上浮的夹杂物 液中加入溶剂，与夹杂物形成密度更小的液态夹杂物 降低夹杂物熔点，便于集合和上浮,（3）采用复合脱氧剂：可生成密度小，熔点低的液