凝固缺陷及控制PPT课件

.,1,第十一章凝固缺陷及控制,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,.,2,第一节合金中偏析,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：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：,.,3,一、微观偏析,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：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。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：不稳定，通过扩散退火和均匀化退火可以消除,.,4,晶界偏析,晶界偏析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）积累了更多的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，有时在晶界上还会出现一些不平衡的第二相，如低熔点共晶体,.,5,晶界偏析形成过程,.,6,Al-0.2%Ce合金的偏析,.,7,二、宏观偏析,1正常偏析,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,.,8,2逆偏析,铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即k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：连续性，均匀性破坏机械性能致密性耐蚀性能红脆热裂（低熔点相）裂纹源,.,38,钢中MnS夹杂物引起的裂纹源及扩张过程a)原始状态b)受力后产生裂纹c)d)裂纹继续扩展,.,39,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、初生夹杂物的形成及防止措施,.,40,4、二次氧化夹杂物的形成及防止措施,（1）形成浇注及填充铸型的过程中氧化形成,（2）防止合理的浇注工艺及浇冒口系统，平稳充型控制金属液的易氧化元素铸型内造还原型气氛,.,41,5、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例如：Fe中富集Mn和S时：,.,42,图夹杂物粘附晶体示意图（a)粘附后（b)粘附前,粘附发生的条件：,图偏析夹杂物被粘附陷入晶内示意图,.,43,夹杂物被排斥推入液相示意图,.,44,晶界残留较多夹杂物时的形状：,.,45,不同二面角晶间夹杂物的形状示意图,.,46,Shrinkageholesandshrinkageporosity,第三节缩孔与缩松的形成原理,一、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。,体收缩金属从液态到常温（室温）的体积改变量,线收缩金属在固态时从高温到常温（室温）的线尺寸改变量,体收缩率：线收缩率：,1、液态收缩：,2、凝固收缩：,3、固态收缩：,2、铸钢的收缩,图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（2）凝固,（3）固态收缩a.珠光体转变前收缩b.共析转变期的膨胀c.珠光体转变后收缩,3、铸铁的收缩,图铸铁的收缩过程曲线1白口铸铁；2灰铸铁,(1)液态收缩,（2）凝固收缩：状态改变温度降低,析出1石墨，体积增大2,凝,灰铸铁凝固收缩与碳当量的关系,（3）铸铁的固体收缩曲线,图Fe-C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,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。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（Shrinkagehole）,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,a)明缩孔b)凹角缩孔c)芯面缩孔d)内部缩孔,分类：内缩孔和外缩孔,二、缩孔与缩松的分类及特征,2缩松（Porosity）,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,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、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、缩孔与缩松的形成机理,危害：机械性能、气密性、耐蚀性、锻造裂纹,铸件中缩孔的形成示意图,Al-4.5%Cu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,图铸铁共晶石墨长大特点示意图,灰铸铁“自补缩能力”,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,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”,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,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、影响缩孔与缩松的因素及防止措施,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,冷铁对缩孔位置的影响（顺序凝固）,冷铁造成同时凝固方式示意图,（四）加压补缩压力下凝固（压力釜，挤压铸造，高压铸造）,5-6变形与裂纹,一铸件应力,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,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,二铸件的变形和冷裂,1变形,铸件的变形,2铸件的冷裂,冷裂(coldcrack)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。,