铸造凝固中的气体与气孔分解.ppt

1、第二节 铸件中的气体,一、概论,常见气体在铸件中的存在形式 气体的来源 气体溶解度的表示方法 气体对铸件质量的影响,（一）常见气体在铸件中的存在形式,固溶体： H溶解于各种合金中； N 铸钢 铸铁有一定溶解度 。 化合物：O与许多元素化合，以化合物形成存在于合金中。 气态：H2 N2 CO CO2 等,（二）气体的来源,熔炼过程：金属液与炉气接触-吸气的主要途径； 炉料不干净：导致炉气中H2O H2 SO2含量增加； 合金液与铸型相互作用 工艺因素：浇注系统设计不当，铸型透气性浇注速度等，浇注过程中空气卷入。,（三）气体溶解度的表示方法,气体溶解度常用100g金属所能溶解的气体在标准状态下的体

2、积表示，即cm3/(100g)，或用质量分数：百万分之一，即ppm。,（四）气体对铸件质量的影响,气孔：气孔常见缺陷：减小铸件的有效工作面，产生应力集中，成为零件的裂纹源，降低强度、塑性。 不规则形状的气孔：增加敏感性，降低铸件的疲劳强度； 弥散型气孔：组织疏松，降低铸件气密性。 固溶体：O N ， 铜，钢中的H使合金变脆（细化裂纹） 液态金属中溶解的气体：流动性变差 析出压力影响补缩,（一）金属的吸气过程,吸附阶段：气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为原子，并吸附在金属表面 扩散阶段：气体原子经扩散进入金属内部，在金属内均匀化 金属温度越高，气体与金属接触的时间愈长，吸收的气体就愈多。,

3、二、气体在金属中的溶解与析出,（二）气体在金属中的溶解,影响单质气体溶解度的主要因素：气体中该气体的气压、温度、合金的化学成分 温度和压力的影响：不考虑金属蒸汽压时： S：气体溶解度 R： 气体常数 P：与液相平衡的气体中气体分压 T：热力学温度 H：气体 溶解热 K0：系数,2、合金成分的影响： （1）合金成分影响气体的活度系数，从而影响其溶解度。凡是增加H N活度系数的元素，都使合金液中H N的溶解度减小，反之亦然。 （2）生成化合物的情况 与金属化合生成稳定的化合物，又不溶于 该金属，形成化合物的这部分金属原子失去吸气能力，气体溶解度降低。 元素与气体化合，生成的化合物又溶解于金属液中，

4、使溶解度增加。 （3）合金对金属表面膜的影响 Al合金中：Mg Na Ca等，使合金液表面膜疏松，吸气快 Al-Mg：Be 使合金液表示膜致密，吸气慢。 （4）脱氧能力强的元素使水蒸气还原出氧原子，并溶解于合金液中，增加吸气量。,（三）气体的析出,气体析出的三种形式： 扩散逸出 与金属内的某元素形成化合物（夹杂物） 以气泡形式从金属液逸出,扩散逸出 金属T T(TT) 若S不变，气体的析出分压力P：,P：T温度下金属内 外气体的分压力 （处于平衡） P：T温度下金属内气压的分压力 当H0时（溶解吸热），T越低，P越大，气体越易向外界扩散。 如果减少金属外部的气体压力（真空铸造）P，金属液中气体

5、不断析出。 注意：气体以扩散方式析出，只有在非常缓慢冷却的条件下才能充分进行，实际生产条件下往往难以实现。,以气泡形式从金属液中析出： 气泡生核；气泡的长大 ；气泡的上浮,气泡脱离衬底表面示意图 1衬底2液体,定义：金属液凝固过程中，因气体溶解度下降析出气体，形成气泡未能排除而形成的气孔，称为析出性气孔。 2、分布：铸件断面上大面积均匀分布，而在铸件最后凝固部位，冒口附近，热节中心部分最为密集。 3、形状：团球形；多角形；断续裂纹状；混合形。析出性气孔常发生在同一炉或同一包浇注的全部或大多数铸件中。,三、析出性气孔,析出性气孔的形成 析出性气孔的形成机理 （1）金属凝固时，气体溶解度急剧下降。

6、 （2）凝固过程中液相，固相中气体溶质的浓度分布： 可认为：液相中气体溶质只存在有限扩散，无对流，搅拌，而固相中气体溶质的扩散可忽略不计。 即使金属中气体原始浓度C0小于饱和浓度，由于金属凝固时存在溶质再分配，在某时刻，凝固过程中固液界面处液相中所富含的气体溶质将大于饱和浓度，而析出气体。,2、影响析出性气孔的主要因素,（1）合金液原始含气量 ： C0上升，且固态、液态中气体溶解度差值越大，凝固前沿实集气体多，易形成气孔。 （2）合金成分：收缩量大，结晶温度范围宽的合金易产生析出性气孔，且影响原始含气量。 （3）气体性质：氢比氧易析出且扩散速度快，氢比氧容易形成析出性气孔。 （4）外界压力：P

7、0越小，越易产生析出性气孔。 （5）铸件的凝固方式： 逐层凝固方式， P0较大，不易析出易于上浮； 体积凝固方式，枝晶间液体封闭，产生析出性气孔可能性大；,3、防止析出性气孔的途径 : 减少金属液的原始含气量 减少各种气体的来源 炉料要干净 ；附加物，孕育剂等使用等预热； 炉衬，浇包烘干；控制型砂，芯砂的水分； 限制有机粘结剂用量； 控制熔炼温度金属温度过高易吸气。 采用真空熔炼，或熔炼时金属液表示覆盖。 对金属液除气处理 阻止气体析出 提高铸件冷却速度，如铝合金采用金属型。 提高金属凝固时的外压：在压缩空气中凝固。,定义：金属液与铸型之间，金属与熔渣之间或金属液内部某些元素，化合物之间发生化

8、学反应能产生的气孔，称反应性气孔。 金属与铸型间反应性气孔：皮下13mm， 又称皮下气孔。 形状：球状，梨形，长条形。 金属内部组元之间或组元与非金属夹杂物反应生成的气孔 。 蜂窝状，梨状或团球状，分布均匀,四、反应性气孔,金属与铸型间的反应性气孔（皮下气孔）,1.氢气孔（铸铁中） 2.CO气体 3.氮气孔 4.形成皮下气孔的共同特点： 铸型水分高，透气性差，采用含氮高的树脂砂 原始含气量C0高，钢水脱氮不良中等壁厚的铸件 合金中含易氧化成成分 熔点高的合金；浇注温度高,皮下气孔形状,金属液内反应性气孔,1、渣气孔： 金属液与熔渣相互作用生成的渣气孔 2、金属液中元素间反应性气孔（溶解在金属中）： 碳氧反应性气孔 氢氧反应中产生气孔 碳氧反应性气孔,1.