凝固缺陷及控制PPT課件

.,1,第十一章凝固缺陷及控制,主要內(nèi)容：合金中的成分偏析氣孔與夾雜的形成機(jī)理縮孔縮松的形成與防止凝固收縮、變形與裂紋,.,2,第一節(jié)合金中偏析,偏析合金在凝固中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象叫偏析。分類：微觀偏析：合金微小范圍內(nèi)（約一個(gè)晶粒范圍）的化學(xué)成分不均勻性，如晶內(nèi)偏析和晶界偏析。宏觀偏析：合金凝固斷面上各部位的化學(xué)成分不均勻性，常有正常偏析、逆偏析和重力偏析等正偏析：負(fù)偏析：,.,3,一、微觀偏析,晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析是在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象。形成機(jī)理：1）合金相圖上液相線和固相線間隔越大，則先后結(jié)晶部分的成分差別越大，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重。2）偏析元素在固溶體中的擴(kuò)散能力越小，晶內(nèi)偏析傾向越大。3）在其他條件相同時(shí)，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度越低，原子擴(kuò)散能力越小，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重對性能的影響成分不均勻造成性能下降，特別是塑性和韌性成分不均勻造成合金抗腐蝕性能的下降特點(diǎn)：不穩(wěn)定，通過擴(kuò)散退火和均勻化退火可以消除,.,4,晶界偏析,晶界偏析晶界與晶內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象；在晶粒與晶粒之間最后凝固部分（即晶界區(qū)）積累了更多的低熔點(diǎn)組元和雜質(zhì)元素。晶界偏析的程度比晶內(nèi)偏析更為嚴(yán)重，有時(shí)在晶界上還會(huì)出現(xiàn)一些不平衡的第二相，如低熔點(diǎn)共晶體,.,5,晶界偏析形成過程,.,6,Al-0.2%Ce合金的偏析,.,7,二、宏觀偏析,1正常偏析,單向凝固時(shí)的溶質(zhì)分布曲線,鑄件外層純度高、溶質(zhì)含量低，內(nèi)部溶質(zhì)含量高、雜質(zhì)集中的區(qū)域偏析為正常偏析機(jī)理：冷速較慢，低熔點(diǎn)組元充分向內(nèi)部聚集危害：鑄件性能不均勻；但可借此對金屬提純防止：擴(kuò)散退火無效，提高冷速有效，如降低澆注溫度、加速鑄件凝固,.,8,2逆偏析,鑄件凝固后常出現(xiàn)與正常偏析相反的情況，即k硬脆k球形影響；針狀、尖角影響（應(yīng)力集中）事物的另一方面：高熔點(diǎn)、細(xì)小顆粒好的作用非自發(fā)形核核心細(xì)化沉淀強(qiáng)化N化物彌散新學(xué)科的產(chǎn)生MMC，人為的加入高性能陶瓷相,夾雜物的危害：連續(xù)性，均勻性破壞機(jī)械性能致密性耐蝕性能紅脆熱裂（低熔點(diǎn)相）裂紋源,.,38,鋼中MnS夾雜物引起的裂紋源及擴(kuò)張過程a)原始狀態(tài)b)受力后產(chǎn)生裂紋c)d)裂紋繼續(xù)擴(kuò)展,.,39,澆注前的熔煉及熔體處理中，冶金反應(yīng)產(chǎn)生。夾雜物容易聚合、長大防止措施：（1）加溶劑吸收夾雜（2）除氣處理時(shí)也可將夾雜物攜帶上浮排出（3）過濾法,3、初生夾雜物的形成及防止措施,.,40,4、二次氧化夾雜物的形成及防止措施,（1）形成澆注及填充鑄型的過程中氧化形成,（2）防止合理的澆注工藝及澆冒口系統(tǒng)，平穩(wěn)充型控制金屬液的易氧化元素鑄型內(nèi)造還原型氣氛,.,41,5、次生夾雜物,凝固過程中，溶質(zhì)再分配，溶質(zhì)富集，偏晶結(jié)晶析出夾雜物例如：Fe中富集Mn和S時(shí)：,.,42,圖夾雜物粘附晶體示意圖（a)粘附后（b)粘附前,粘附發(fā)生的條件：,圖偏析夾雜物被粘附陷入晶內(nèi)示意圖,.,43,夾雜物被排斥推入液相示意圖,.,44,晶界殘留較多夾雜物時(shí)的形狀：,.,45,不同二面角晶間夾雜物的形狀示意圖,.,46,Shrinkageholesandshrinkageporosity,第三節(jié)縮孔與縮松的形成原理,一、金屬的收縮,1、收縮的基本概念鑄件在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻過程中發(fā)生的體積減少。,體收縮金屬從液態(tài)到常溫（室溫）的體積改變量,線收縮金屬在固態(tài)時(shí)從高溫到常溫（室溫）的線尺寸改變量,體收縮率：線收縮率：,1、液態(tài)收縮：,2、凝固收縮：,3、固態(tài)收縮：,2、鑄鋼的收縮,圖碳鋼的比容與溫度和含碳量的關(guān)系10.35C；20.25%C；30.8%C,（1）液態(tài)（2）凝固,（3）固態(tài)收縮a.珠光體轉(zhuǎn)變前收縮b.共析轉(zhuǎn)變期的膨脹c.珠光體轉(zhuǎn)變后收縮,3、鑄鐵的收縮,圖鑄鐵的收縮過程曲線1白口鑄鐵；2灰鑄鐵,(1)液態(tài)收縮,（2）凝固收縮：狀態(tài)改變溫度降低,析出1石墨，體積增大2,凝,灰鑄鐵凝固收縮與碳當(dāng)量的關(guān)系,（3）鑄鐵的固體收縮曲線,圖Fe-C合金的自由線收縮曲線1碳鋼；2白口鐵；3灰鑄鐵；4球墨鑄鐵,鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松,1縮孔（Shrinkagehole）,熱節(jié)：鑄件厚壁處、兩壁相交處及內(nèi)澆口附近等凝固較晚或凝固緩慢的部位,特征：尺寸較大，形狀不規(guī)則，表面不光滑，有枝晶脈絡(luò)狀凸起,a)明縮孔b)凹角縮孔c)芯面縮孔d)內(nèi)部縮孔,分類：內(nèi)縮孔和外縮孔,二、縮孔與縮松的分類及特征,2縮松（Porosity）,分類：宏觀縮松（簡稱縮松）和微觀縮松（顯微縮松）,分布：多出現(xiàn)于結(jié)晶溫度范圍較寬的合金中，常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域、縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位。,鑄件熱節(jié)處的縮孔與縮松,縮孔：凝固體積收縮，得不到液態(tài)金屬的補(bǔ)充逐層凝固時(shí)通過液態(tài)金屬的流動(dòng)使收縮集中于鑄件最后凝固部位形成集中縮孔。縮松：糊狀凝固糊狀區(qū)、液固共存液體流動(dòng)困難晶間樹枝間得不到補(bǔ)充分散的小縮孔,三、縮孔與縮松的形成機(jī)理,危害：機(jī)械性能、氣密性、耐蝕性、鍛造裂紋,鑄件中縮孔的形成示意圖,Al-4.5%Cu合金中的顯微縮松a.含氣量高的顯微縮松與球形孔洞；b.樹枝間的顯微縮松,圖鑄鐵共晶石墨長大特點(diǎn)示意圖,灰鑄鐵“自補(bǔ)縮能力”,球墨鑄鐵膨脹力大若鑄型移動(dòng)縮松傾向大若鑄型剛性大自補(bǔ)縮,圖灰鐵與球鐵在濕砂型中澆注的膨脹曲線,灰鑄鐵“自補(bǔ)縮能力”,球墨鑄鐵膨脹力大若鑄型移動(dòng)縮松傾向大若鑄型剛性大自補(bǔ)縮,產(chǎn)生縮孔、縮松因素與控制：收縮必然性縮孔或縮松取決于凝固方式（層、糊）影響凝固方式因素：成分、溫度梯度影響縮孔和縮松大小的因素：金屬的性質(zhì)；鑄型條件(激冷能力)澆注條件；鑄件尺寸縮孔防止：合理設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)縮孔于澆冒口中?？s松防止：無法通過澆冒口消除。T枝晶發(fā)達(dá)縮松,四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施,定向凝固方式示意圖,均勻壁厚鑄件定向凝固過程,圖擴(kuò)展角對補(bǔ)縮困難區(qū)的影響,冷鐵對縮孔位置的影響（順序凝固）,冷鐵造成同時(shí)凝固方式示意圖,（四）加壓補(bǔ)縮壓力下凝固（壓力釜，擠壓鑄造，高壓鑄造）,5-6變形與裂紋,一鑄件應(yīng)力,鑄件或者鑄件某部位由于凝固所帶來的尺寸變化受到阻礙不能自由進(jìn)行時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力、變形或裂紋（包括冷裂、熱裂）,熱裂區(qū)：有效結(jié)晶溫度間隔內(nèi)的某一溫度區(qū)間,變形區(qū)：固相線以下某一溫度范圍,應(yīng)力區(qū)：在塑性與彈性轉(zhuǎn)變的臨界溫度以下,二鑄件的變形和冷裂,1變形,鑄件的變形,2鑄件的冷裂,冷裂(coldcrack)是鑄造應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生的裂紋,冷裂的斷口表面有金屬光澤或呈輕度氧化色，裂紋走向平滑，而且往往是穿過晶粒而非沿晶界發(fā)生。,