第四节 缩孔与缩松的形成原理

第十一章凝固缺陷与控制1一、金属的收缩二、缩孔与缩松的分类及特征三、缩孔与缩松的形成机理四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施第四节缩孔与缩松的形成原理第十一章凝固缺陷与控制2液态收缩阶段凝固收缩阶段固态收缩阶段三个阶段一、金属的收缩第十一章凝固缺陷与控制3图11-14二元合金收缩过程示意图a）合金相图b）有一定结晶温度范围的合金c）恒温凝固的合金a）c）b）成分/％体收缩率/％体收缩率/％nmAB温度/℃温度/℃温度/℃T浇IIIIIImnIIIIII液态收缩凝固收缩固相收缩凝固收缩％－（＝浇液液100)LVVTT％－（＋＝）（凝100))(SLSLVSLVVTT％（＝固固100)0STTVV第十一章凝固缺陷与控制4金属从浇注温度冷却到室温所产生的体收缩为液态收缩、凝固收缩和固态收缩之和，即:εV总＝εV液＋εV凝＋εV固其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。而固相收缩对应力、变形与裂纹影响较大。第十一章凝固缺陷与控制5二、缩孔与缩松的分类及特征缩孔缩松第十一章凝固缺陷与控制6a）明缩孔b）凹角缩孔c）芯面缩孔d）内部缩孔第十一章凝固缺陷与控制7缩孔特点常出现于纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围较窄的以层状凝固方式凝固的铸造合金中；多集中在铸件的上部和最后凝固的部位；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（称为热节），也常出现缩孔；缩孔尺寸较大，形状不规则，表面不光滑。第十一章凝固缺陷与控制8缩松的特点缩松多出现于结晶温度范围较宽的合金中；显微缩松一般出现在枝晶间和分枝之间；常分布在缩孔附近或铸件厚壁的中心部位；第十一章凝固缺陷与控制9ABmn？凝固？凝固层状凝固体积凝固第十一章凝固缺陷与控制10TLTLTSTSGG体积凝固层状凝固树枝晶胞状晶缩松缩孔第十一章凝固缺陷与控制11第十一章凝固缺陷与控制12铸件热节处的缩孔与缩松第十一章凝固缺陷与控制13三、缩孔与缩松的形成机理缩孔的形成缩松的形成第十一章凝固缺陷与控制14缩孔的形成机理纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄的合金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件最后凝固部位形成尺寸较大的集中缩孔。第十一章凝固缺陷与控制15铸件中缩孔形成过程示意图第十一章凝固缺陷与控制16缩松的形成机理结晶温度范围较宽的合金，一般按照体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶。当固相达到一定数量形成晶体骨架时，尚未凝固的液态金属便被分割成一个个互不相通的小熔池。在随后的冷却过程中，小熔池内的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的金属则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小孔洞又得不到外部液体的补充，便在相应部位形成了分散性的细小缩孔，即缩松。第十一章凝固缺陷与控制17四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施（一）影响缩孔与缩松的因素（二）防止铸件产生缩孔和缩松的途径第十一章凝固缺陷与控制18（一）影响缩孔与缩松的因素金属的性质(收缩系数α大)铸型的冷却能力（蓄热系数b小)浇注温度与浇注速度(高，快）铸件尺寸（大）补缩能力（弱）例：铸铁的缩孔、缩松倾向第十一章凝固缺陷与控制19（二）防止铸件产生缩孔和缩松的途径顺序凝固铸件各部位由远及近，朝着帽口方向顺序凝固。用于凝固收缩大、结晶间隔窄的金属。同时凝固凝固时产生热裂纹、变形倾向小。用于凝固收缩小、对气密性要求不高的铸件。使用冒口、补贴和冷铁第十一章凝固缺陷与控制20顺序凝固方式示意图纵向温度分布曲线距离温度冒口浇口第十一章凝固缺陷与控制21同时凝固方式示意图内浇道IIIIII距离纵向温度分布曲线温度冷铁第十一章凝固缺陷与控制22表11-2亚共晶铸铁的液态收缩率εV液碳的质量分数wC/％2.02.53.03.54.0εV液（T浇＝1400℃）/%0.61.42.33.44.6εV液（T浇－TL＝100℃）/%1.51.71.82.02.1表11-4亚共晶铸铁的凝固体收缩率εV凝碳的质量分数wC/％2.02.53.03.54.0凝固收缩率εV凝/％白口铸铁5.14.64.23.73.3灰铸铁4.32.81.4-0.1-1.5第十一章凝固缺陷与控制23白口铸铁的收缩率高，产生裂纹、缩孔、缩松的倾向大。灰铸铁的缩前膨胀具有自补缩作用，缩孔与缩松的倾向较小。第十一章凝固缺陷与控制24图11-19灰铸铁和球墨铸铁共晶石墨长大示意图a）片状石墨长大b）球状石墨长大CCCCb）液体液体石墨奥氏体膨胀力孔隙a）液体液体石墨奥氏体CCCC第十一章凝固缺陷与控制25第十一章凝固缺陷与控制263Cr3Mo3VNb熱作模具鋼中的縮孔，殘留到鍛坯中的橫向低倍照片，稱為殘余縮孔5CrNiMo熱作模具鋼（電弧爐冶煉）中的氣孔，橫向低倍照片，在鍛坯上發現。第十一章凝固缺陷与控制27