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铸造合金收缩性对缩孔缩松影响

发布日期:2017-11-01 作者: 点击:

一.铸造合金的收缩性


    1.收缩的基本概念

    液态合金当温度下降而由液态转变为固态时,因为金属原子由近程有序逐渐转变为远程有序,以及空穴的减少及消失,一般都会发生体积减少。液态合金凝固后,随温度的继续下降,原子间距离还要缩短,体积也近一步减少。铸造合金在液态、凝固和固态冷却的过程中,由于温度的降低而发生体积减小的现象,称为铸造合金的收缩性。

    收缩又是铸件中许多缺陷,如缩孔、缩松、应力、变形、和裂纹等产生的基本原因,是铸造合金的重要铸造性能之一。它对铸件(如获得符合要求的几何形状和尺寸,致密的优质铸件)有着很大的影响。

    铸造合金由液态转变为常温时的体积改变量来表示,称为体积收缩。合金在固态时的收缩,除了用体积改变量表示外,还可用长度该变量来表示,称为线收缩。因为在设计和制造模样时,线收缩更有意义。线收缩率一般是体收缩率的1/3.合金在收缩要经历三个阶段:液态收缩阶段;凝固收缩阶段;固态收缩阶段。

  (1)液态收缩 当液态合金从浇注温t浇冷却至开始凝固的液相线温度t液的收缩,由于合金处于液体状态,故称其为液态收缩,表现为型腔内液面的降低。

  (2)凝固收缩 对于具有一定温度范围的的合金,由液态转变为固态时,由于合金处于凝固状态,故称为凝固收缩。这类合金的凝固体收缩主要包括温度降低(于合金的结晶温度范围有关)和状态改变(状态改变时的体积变化)两部分。

对于少数合金及金属,因其凝固体收缩率为负值,所以凝固时发生体积增大。(Bi、Si、Bi-Si合金和灰铸铁)。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

  (3)固态收缩 当铸造合金从固相线温度t固冷却到室温t室的收缩,由于合金处于固体状态,故称为固态收缩。

但在实际生产中,由于固态收缩往往表现为铸件外形尺寸的减小,因此一般采用线收缩率来表示。

如果合金的线收缩不受到铸型外部条件的阻碍,称为自由收缩。负则,为受阻线收缩。

铸造合金的线收缩不仅对铸件的尺寸精度有着直接影响,而且是铸件中产生应力、裂纹、变形的基本原因。

2.铸件线收缩率

  以上讨论的铸造合金收缩率只与合金的化学成分、收缩系数、温度变化以及相变时体积改变等因素有关。在进行铸件工艺设计时,考虑到收缩,需要将模样尺寸放大,模样尺寸L模与铸件尺寸L件之间存在如下关系。£=L模-L铸件/L模×100%

  铸件的铸造收缩率不仅与所用合金的因素有关,而且还与铸型工艺特点、铸件结构形状以及合金在熔炼过程中溶解气体量等因素有关。


  二、铸件中的缩孔和缩松


  1.缩孔、缩松的基本概念

  铸件在冷却凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩,往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的孔洞称为缩孔;细小而且分散的孔洞称为缩孔。缩孔的形状不规则,表面粗糙,可以看到发达的树枝晶末梢,故可以明显地与气孔区别开来。

  铸件中若有缩孔、缩松存在,一方面会使铸件有效承载面积减小,另一方面引起应力集中,且都会使铸件的力学性能明显降低。同时还降低铸件的气密性和物理化学性能。特别是对于耐压零件,则容易发生渗漏而使铸件报废。


  2.缩孔的形成

  缩松形成的基本原因和缩孔一样,主要是由于合金的结晶温度范围较宽,树枝晶发达,合金液几乎同时凝固,液态和凝固收缩形成的细小、分散孔洞得不到外部金属液的补充而造成。

  铸件中形成缩孔和缩松的倾向与合金的成分之间有一定的规律性。定向凝固的合金倾向于产生集中缩孔;糊状凝固的合金倾向于产生缩松,其缩孔和缩松的数量可以相互转换,但他们总容积基本保持不变。


  3.影响缩孔、缩松大小的因素及防治措施

  铸造合金的液态收缩愈大,则缩孔形成的倾向愈大;合金的结晶温度范围愈宽,凝固收缩愈大,则缩松形成的倾向愈大。凡能促使合金减小液态和凝固期收缩工艺措施(如调整化学成分,降低浇注温度和减慢浇注速度,增大铸件的激冷能力,增加在铸件凝固过程中的补缩能力,对于灰口铸件可促进凝固期间的石墨化等),都有利于减小缩孔和缩松的形成。

  针对合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺,使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件,尽可能地使缩松转化为缩孔,并使缩孔出现在最后的凝固位置。

要使铸件在凝固过程建立良好的补缩条件,主要是通过控制铸件凝固方式(采用设置冒口和冷铁配合)使之符合“定向凝固原则”或“同时凝固原则”。


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