材料加工工艺03

1、材料加工工艺复习2.2.2 铸造合金的收缩性及缩孔、缩松的形成合金的收缩经历三个相互联系的阶段：液态收缩阶段（I）；凝固收缩阶段（）；固态收缩阶段（）。缩孔、缩松合金的不同凝固特性影响缩孔、缩松大小的因素及防止措施顺序凝固原则同时凝固原则3. 铸件的裂纹(1)热裂a.热裂的产生过程。一般认为，热裂是在凝固的末期，固相线附近出现的。此时，由于铸件中结晶的骨架已经形成并开始收缩，但晶粒间还有一定量的液相存在，且这时铸件强度和塑性极低，收缩稍受阻碍即可开裂。b.热裂的特征是：断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外观形状曲折而不规则（铸钢件裂口表面近似黑色，铝合金则呈暗灰色）。c.热裂

2、的分类及危害热裂又可分为外裂纹和内裂纹。外裂纹: 在铸件表面、可以看见。裂口常从铸件的拐角处、截面厚度有改变处或局部冷却缓慢容易产生应力集中的地方开始，主要是拉应力引起的。内裂纹：在铸件内部最后凝固的部位，有时会出现在缩孔附近或尾部。（2）影响热裂倾向的因素合金凝固温度范围宽和结晶时形成粗大树枝晶易产生热裂，凡是扩大合金凝固温度范围和加大合金绝对收缩量的元素（如钢中的S、P等）都促使热裂产生；铸件凝固收缩时受型、芯的阻力愈大，产生应力的倾向也愈大，且易开裂；浇冒口布置不合理，使铸件在浇冒口部位因温度高、冷却慢易产生裂纹；浇注温度和浇注速度对热裂形成的影响比较复杂，要综合考虑；铸件结构设计不合理

3、（如两截面相交处成直角，十字交叉截面等）也是产生热裂纹的原因之一。(2) 冷裂1）冷裂的特征 冷裂是铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限时而产生的。其特征是：外形呈连续直线状或圆滑曲线，而且常常是穿过晶粒延伸到整个断面，裂口处表面干净，具有金属光泽或呈轻微氧化色。这说明是在较低温度下形成的，故称为冷裂。2）冷裂产生的原因及影响因素冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是应力集中的地方。因此，铸件产生冷裂的倾向与铸件形成应力的大小密切相关。合金的化学成分（如钢中的C、Cr、Ni等元素，虽提高合金的强度，但降低钢的热导率，含量高时，冷裂倾向增大）和杂质状况（如P高时，冷脆性增加；S及其它夹

4、杂物富集在晶粒边界，易产生冷裂）对冷裂的形成影响很大，降低合金的塑性和冲击韧性，使形成冷裂的倾向增大。影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素基本一致。2.2.4 铸造合金中的偏析、气体和夹杂物1. 铸造合金中的偏析铸件截面上不同部位乃至晶粒内部，产生的化学成分不均匀现象，称之为偏析。产生偏析现象的主要原因是由于各种铸造合金在结晶过程中发生了溶质再分配的结果。在晶体长大过程中，由于是在铸造条件下，结晶速度大于溶质的扩散速度，从而使先析出的固相与液相的成分不同，先结晶与后结晶晶体的化学成分也不相同，甚至同一晶粒内各部分的成分也不一样。微观偏析与宏观偏析(1) 微观偏析微观偏析是指微小（晶粒）尺寸范围内

5、各部分的化学成分不均匀现象。常见有两种形式：一种为晶内偏析也叫枝晶偏析；一种为晶界偏析。1）晶内偏析对于有结晶温度范围，并且能够形成固溶体的合金，在铸造条件下结晶时，晶粒内先结晶的和后结晶的部分的成分不同。这主要是因为冷却较快，固态溶质来不及扩散均匀而造成的。一次分枝、二次分枝以及晶内偏析的分布在其它条件相同时，冷却速度愈大，偏析元素的扩散能力愈小，平衡分配系数愈小，晶内偏折愈严重。但冷却速度增大到一定界限时，晶粒可以细化，晶内偏析程度反而可以减轻。若冷却速度达1O6107/s时，偏析来不及发生，可得到成分均匀的非晶态组织。消除晶内偏析将铸件加热到低于固相线1002OO，并进行长时间的保温，使

6、偏析元素进行充分扩散，以达到成分均匀的目的。这种方法叫扩散退火或均匀化退火。2) 晶界偏析在结晶过程中，低熔点物质被排除在固液界面。当两个晶粒相对生长，相互接近并相遇时，在最后凝固的晶界上将有较细溶质或其它低熔点物质。铸造合金的晶界偏析对合金的性能危害很大，使合金的高温性能降低，促使铸件在凝固过程中产生热裂。晶界偏析采用均匀化退火很难消除，只有采用细化晶粒和减少合金中氧化物和硫化物以及某些碳化物等措施可以预防和消除。(2) 宏观偏析在铸件较大尺寸范围内化学成分不均匀的现象叫宏观偏析。一般包括正偏析：杂质的分布从外部到中心逐渐增多 ；逆偏析：易熔物质富集在铸件表面上 ；重力偏析 ：合金的元素密度

7、差别较大或液体与固体之间存在着较大密度差时。密度大的元素富集在铸件下部，密度小的元素富集在上部。2. 铸造合金中的气体(1)气体的来源1）熔炼过程2）铸型对于湿砂型，其中的水分在高温金属液的热作用下会产生大量蒸汽；即使烘干的铸型，浇注前也会吸收空气中的水分，且其中的粘土在金属液的热作用下结晶水还会分解；一些由有机材料制成的砂型或砂芯，有机物的燃烧也能产生大量的气体。(2) 气体的存在形式铸造合金中的气体常以下列三种形式存在：a.以溶解状态存在氢 的原子半径很小(0.037nm), 几乎能溶到各种铸造合金中。氧 的原子半径也比较小（仅 0.066nm）, 但它是一个极为活泼的元素，能和许多种金属

8、形成化合物，只有氧化性较差的金属及合金能溶入一定量的氧。氮 的原子半径比较大(0.08nm)在铸钢和铸铁中有一定的溶解量，但在铜合金和铝合金中几乎不溶。(2) 气体的存在形式1)以溶解状态存在2)以化合物状态存在2)以气泡形式存在(3)气体的存在对铸件质量的影响气孔不仅能减小铸件的有效承载面积，而且能够引起应力集中，成为零件断裂的裂纹源，使合金的力学性能降低，造成铸件报废；若气体以溶解状态存在，虽危害较小，但也会降低铸件的韧性。对于要求承受液压和气压的铸件，气孔的存在能够明显地降低其气密性。合金中含有气体影响铸造性能，使铸件凝固时的反压力增大，阻碍合金液的补缩，造成晶间疏松，降低合金的流动性，使铸件产生缺陷。3. 铸造合金中的夹杂物铸件内或表面上存在的和基体金属成分不同的质点称为夹杂物。夹杂物具有不同的类型和形态，它们对合金的铸造性能和铸件的质量有着不同程度的影响。(1) 夹杂物的类型1）按夹杂物的组成分类 按夹杂物的组成可分为单一化合物和复杂化合物等。(1) 夹杂物的类型1）按夹杂物的组成分类按夹杂物的组成可分为单一化合物和复杂化合物等。2）按夹杂物的来源分类一类是内在夹杂物，是指合金液本身各成分发生化学反应而产生的夹杂物；另一类是外来夹杂物