重慶大學(xué)金屬凝固原理第8章液態(tài)成形件的主要缺陷及質(zhì)量控制

1、第八章第八章 液態(tài)成形件的主液態(tài)成形件的主 要缺陷及質(zhì)量控制要缺陷及質(zhì)量控制 凝固缺陷是金屬在冷卻凝固過程中極易出凝固缺陷是金屬在冷卻凝固過程中極易出現(xiàn)的一類缺陷，它們以不同的類型和形態(tài)存現(xiàn)的一類缺陷，它們以不同的類型和形態(tài)存在于固態(tài)金屬中，對(duì)金屬的性能產(chǎn)生不同程在于固態(tài)金屬中，對(duì)金屬的性能產(chǎn)生不同程度的影響。度的影響。 本章主要介紹本章主要介紹縮孔與縮松、氣孔與夾雜、縮孔與縮松、氣孔與夾雜、偏析和應(yīng)力、變形、裂紋偏析和應(yīng)力、變形、裂紋等重要凝固缺陷的等重要凝固缺陷的形成機(jī)理、影響因素及控制措施。形成機(jī)理、影響因素及控制措施。液液態(tài)態(tài)金金屬屬體積體積收縮收縮縮孔縮孔縮松縮松熱裂紋熱裂紋變形變形

2、冷裂紋冷裂紋氣體元素氣體元素雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素化合物化合物夾雜夾雜氣泡氣泡氣孔氣孔過飽和析出過飽和析出降溫凝固降溫凝固受受拘拘束束應(yīng)力應(yīng)力滯留滯留成分偏析成分偏析非平衡凝固非平衡凝固低熔點(diǎn)共晶低熔點(diǎn)共晶冷卻冷卻凝固凝固體積收縮體積收縮縮縮 孔孔縮縮 松松應(yīng)力應(yīng)力熱裂紋熱裂紋變形變形冷裂紋冷裂紋 8-1 縮孔與縮松縮孔與縮松 8-2 氣孔與夾雜氣孔與夾雜 8-3 應(yīng)力、變形及裂紋應(yīng)力、變形及裂紋 8-4 偏析（化學(xué)成分的不均勻性）偏析（化學(xué)成分的不均勻性）8-1 縮孔與縮松縮孔與縮松 一、金屬的收縮一、金屬的收縮 二、縮孔與縮松的分類及特征二、縮孔與縮松的分類及特征 三、縮孔與縮松的形成機(jī)理縮孔與

3、縮松的形成機(jī)理 四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施 鑄件在凝固過程中，由于合金的鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和液態(tài)收縮和 凝固收縮凝固收縮，往往在鑄，往往在鑄 件最后凝固的部位出現(xiàn)孔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。散的孔洞稱為縮松。 收縮：收縮：金屬在金屬在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻過程冷卻過程中發(fā)生的中發(fā)生的體積減小現(xiàn)象，稱為收縮體積減小現(xiàn)象，稱為收縮，它是金，它是金屬本身的物理性質(zhì)，是引起縮孔、縮松、應(yīng)屬本身的物理性質(zhì)，是引起縮孔、縮松、應(yīng)力、

4、變形、熱裂和冷裂等缺陷的基本原因。力、變形、熱裂和冷裂等缺陷的基本原因。一、一、 金屬的收縮金屬的收縮 液態(tài)收縮階段（液態(tài)收縮階段（I）、凝固收縮階段（）、凝固收縮階段（II）、固態(tài)收縮階段（）、固態(tài)收縮階段（III）澆tLt共t澆t共t室t室t液態(tài)收縮階段(t澆 tL)凝固收縮階段(tL ts或 t共起 t共終)固態(tài)收縮階段(ts t室）金屬的收縮金屬的收縮三個(gè)階段三個(gè)階段 金屬?gòu)臐沧囟壤鋮s到室溫所產(chǎn)生的體收縮為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮之和之和，即V總總V液液V凝凝V固固 （V 為體收縮率）其中，液態(tài)收縮液態(tài)收縮和和凝固凝固收縮收縮是鑄件產(chǎn)生是鑄件產(chǎn)生縮孔縮孔和和縮松縮松的基本原因的基

5、本原因 。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋應(yīng)力、變形和裂紋的基的基本原因本原因 。二、縮孔與縮松的分類及特征二、縮孔與縮松的分類及特征 縮孔主要有縮孔主要有內(nèi)縮孔內(nèi)縮孔和和外縮孔外縮孔兩種形式。兩種形式。外縮孔外縮孔出現(xiàn)在鑄件的外部或頂部，一般在鑄件出現(xiàn)在鑄件的外部或頂部，一般在鑄件上部呈漏斗狀，鑄件壁厚很大時(shí)，有時(shí)會(huì)出上部呈漏斗狀，鑄件壁厚很大時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在側(cè)面或凹角處（圖現(xiàn)在側(cè)面或凹角處（圖 a、b）；）；內(nèi)縮孔內(nèi)縮孔產(chǎn)生于鑄件內(nèi)部（圖產(chǎn)生于鑄件內(nèi)部（圖 c、d），孔壁粗），孔壁粗糙不規(guī)則，可以看到發(fā)達(dá)的樹枝晶末梢，一糙不規(guī)則，可以看到發(fā)達(dá)的樹枝晶末梢，一般為暗黑色或褐色。般為

6、暗黑色或褐色。1. 縮縮 孔孔 a）明縮孔）明縮孔 b）凹角縮孔）凹角縮孔 c）芯面縮孔）芯面縮孔 d）內(nèi)部縮孔）內(nèi)部縮孔縮縮 孔孔 特特 點(diǎn)點(diǎn) 常出現(xiàn)于純金屬純金屬、共晶成分合金共晶成分合金和凝固溫溫度范圍較窄度范圍較窄的以逐層凝固方式凝固以逐層凝固方式凝固的鑄造合金中； 多集中在鑄件的上部上部和最后凝固最后凝固的部位；鑄件厚壁處厚壁處、兩壁相交處及內(nèi)澆口附近澆口附近等凝固較晚凝固較晚或凝固緩慢凝固緩慢的部位（稱為熱節(jié)），也常出現(xiàn)縮孔； 縮孔尺寸較大尺寸較大，形狀不規(guī)則形狀不規(guī)則，表面不光滑表面不光滑。 2. 縮縮 松松 按其形態(tài)分為按其形態(tài)分為宏觀縮松宏觀縮松（簡(jiǎn)稱縮松）和（簡(jiǎn)稱縮松）和微

7、觀縮微觀縮松松（顯微縮松顯微縮松）兩類。）兩類。 縮松：縮松：多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬的合金中，多出現(xiàn)于凝固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。厚壁的中心部位。 顯微縮松：顯微縮松：則在各種合金鑄件中或多或少都會(huì)則在各種合金鑄件中或多或少都會(huì)存在，一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間，與微觀存在，一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間，與微觀氣孔難以區(qū)分，只有在顯微鏡下才能觀察到。氣孔難以區(qū)分，只有在顯微鏡下才能觀察到。鑄件熱節(jié)處的縮孔與縮松鑄件熱節(jié)處的縮孔與縮松縮縮 松松 的的 特特 點(diǎn)點(diǎn) 縮松多出現(xiàn)于縮松多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬凝

8、固溫度范圍較寬的合金中；的合金中； 顯微縮松一般出現(xiàn)在顯微縮松一般出現(xiàn)在枝晶間枝晶間和和分枝之間；分枝之間； 常分布在常分布在縮孔附近縮孔附近或鑄件或鑄件厚壁的中心部位；厚壁的中心部位； 縮孔和縮松的危害：縮孔和縮松的危害： 鑄件中存在的任何形態(tài)的縮孔和縮松，鑄件中存在的任何形態(tài)的縮孔和縮松，都會(huì)減小鑄件的受力面積，在縮孔和縮松的都會(huì)減小鑄件的受力面積，在縮孔和縮松的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄件的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄件的力學(xué)性能顯力學(xué)性能顯著降低著降低。此外，縮孔和縮松還會(huì)。此外，縮孔和縮松還會(huì)降低鑄件的降低鑄件的氣密性和物理化學(xué)性能。氣密性和物理化學(xué)性能。 因此，必須采取有效措施予以防止。

9、因此，必須采取有效措施予以防止。三、縮孔與縮松的形成機(jī)理三、縮孔與縮松的形成機(jī)理 1. 縮孔的形成2. 縮松的形成1. 縮縮 孔孔 的的 形形 成成 機(jī)機(jī) 理理 純金屬、共晶成分合金和凝固溫度范圍窄的合金，在一般鑄造條件下按由表及里逐由表及里逐層凝固層凝固的方式凝固。由于金屬或合金在冷卻過程中發(fā)生的液態(tài)收縮和凝固收縮大液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮于固態(tài)收縮，從而在鑄件最后凝固的部位形成尺寸較大的集中縮孔。 鑄件中縮孔形成過程示意圖鑄件中縮孔形成過程示意圖2. 縮松的形成機(jī)理 凝固溫度范圍較寬的合金，一般按照體積凝固體積凝固的方式凝固，凝固區(qū)內(nèi)的小晶體很容易發(fā)展成為發(fā)達(dá)的樹枝晶樹枝晶。當(dāng)固相達(dá)

10、到一定數(shù)量形成晶體骨架晶體骨架時(shí)，尚未凝固的液態(tài)金屬便被分割成一個(gè)個(gè)互不相通的小熔池小熔池。在隨后的冷卻過程中，小熔池內(nèi)的液體將發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮，已凝固的金屬則發(fā)生固態(tài)收縮。由于熔池金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于其熔池金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于其固態(tài)收縮固態(tài)收縮，兩者之差引起的細(xì)小孔洞又得不到外部液體的補(bǔ)得不到外部液體的補(bǔ)充充，便在相應(yīng)部位形成了分散性的細(xì)小縮孔分散性的細(xì)小縮孔，即縮松。 鑄鐵鑄件的縮孔和縮松鑄鐵鑄件的縮孔和縮松四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施 1. 影響縮孔與縮松的因素影響縮孔與縮松的因素 2. 防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑防

11、止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑1. 影響縮孔與縮松的因素 金屬的性質(zhì) 鑄型的冷卻能力 澆注溫度與澆注速度 鑄件尺寸 （1）金屬的性質(zhì)金屬的性質(zhì) 金屬的液態(tài)收縮系數(shù)金屬的液態(tài)收縮系數(shù)V液液 和和凝固收縮系數(shù)凝固收縮系數(shù)V凝凝越大，縮孔及縮松容積越大。越大，縮孔及縮松容積越大。金屬的固態(tài)體收縮系數(shù)金屬的固態(tài)體收縮系數(shù)V固固越大，縮孔及縮松容越大，縮孔及縮松容積越小。積越小。 （2）鑄型條件鑄型條件 鑄型的激冷能力越大，縮孔鑄型的激冷能力越大，縮孔及縮松容積就越小。因?yàn)殍T型激冷能力越大，及縮松容積就越小。因?yàn)殍T型激冷能力越大，越易造成邊澆注邊凝固的條件，使金屬的收縮越易造成邊澆注邊凝固的條件，使金屬的收

12、縮在較大程度上被后注入的金屬液所補(bǔ)充，使實(shí)在較大程度上被后注入的金屬液所補(bǔ)充，使實(shí)際發(fā)生收縮的液態(tài)金屬量減少。際發(fā)生收縮的液態(tài)金屬量減少。 （3）澆注條件澆注條件 澆注溫度越高，金屬的液澆注溫度越高，金屬的液態(tài)收縮越大，則縮孔容積越大；澆注速度態(tài)收縮越大，則縮孔容積越大；澆注速度越緩慢，澆注時(shí)間越長(zhǎng)，縮孔容積就越小。越緩慢，澆注時(shí)間越長(zhǎng)，縮孔容積就越小。 （4）鑄件尺寸鑄件尺寸 鑄件壁厚越大，表面層凝鑄件壁厚越大，表面層凝固后，內(nèi)部的金屬液溫度就越高，液態(tài)收固后，內(nèi)部的金屬液溫度就越高，液態(tài)收縮就越大，則縮孔及縮松的容積越大。縮就越大，則縮孔及縮松的容積越大。2. 防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑

13、防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑（1）順序凝固原則）順序凝固原則（2) 同時(shí)凝固原則同時(shí)凝固原則（3) 采取的工藝措施采取的工藝措施防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的指導(dǎo)思想：防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的指導(dǎo)思想： 針對(duì)該合金的收縮和凝固特點(diǎn)，制定針對(duì)該合金的收縮和凝固特點(diǎn)，制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立起良好的補(bǔ)縮條件，盡可能使中建立起良好的補(bǔ)縮條件，盡可能使縮松轉(zhuǎn)化成縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄縮松轉(zhuǎn)化成縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方，在此處安放冒口，件最后凝固的地方，在此處安放冒口，使縮孔集中在冒口中，或在此處安置使縮孔集中在冒口中，或在此處安置澆口進(jìn)行直接補(bǔ)

14、縮。澆口進(jìn)行直接補(bǔ)縮。 (1)順序凝固原則：順序凝固原則： 鑄件的順序凝固鑄件的順序凝固原則是采取各種原則是采取各種工藝措施，保證工藝措施，保證鑄件結(jié)構(gòu)上的各鑄件結(jié)構(gòu)上的各部分部分按照距離冒按照距離冒口的遠(yuǎn)近，由遠(yuǎn)口的遠(yuǎn)近，由遠(yuǎn)及近朝著冒口方及近朝著冒口方向凝固，冒口本向凝固，冒口本身最后凝固。鑄身最后凝固。鑄件按照這一原則件按照這一原則順序凝固時(shí)，可順序凝固時(shí)，可使縮孔集中在冒使縮孔集中在冒口中，獲得致密口中，獲得致密的鑄件。的鑄件。 順序凝固原則的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：冒口補(bǔ)縮好，可防止縮孔、縮松。 缺點(diǎn)：鑄件各部位溫差大，易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和熱裂；鑄件出品率低。 適用合金：對(duì)凝固收縮大，凝固溫度

15、范圍小的合金常采用 此原則。如鑄鋼等。 (2)同時(shí)凝固原同時(shí)凝固原則：則： 同時(shí)凝同時(shí)凝固原則是采固原則是采取各種工藝取各種工藝措施保證措施保證鑄鑄件結(jié)構(gòu)上的件結(jié)構(gòu)上的各部分各部分之間之間沒有溫差或沒有溫差或溫差盡量小，溫差盡量小，使各部分同使各部分同時(shí)凝固。時(shí)凝固。 同時(shí)凝固原則的優(yōu)缺點(diǎn)：同時(shí)凝固原則的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和熱裂；一般不加冒口或冒口很小，節(jié)約金屬，鑄件出品率高。 缺點(diǎn)：往往在鑄件中心區(qū)或熱節(jié)處產(chǎn)生縮松。 適用合金：體收縮小的合金，鑄件壁厚均勻，氣密性要求不高，變形、熱裂傾向?yàn)橹饕艿蔫T件；球墨鑄鐵的無冒口工藝。凝固原則與凝固方式的區(qū)別： 凝固原則：采取各種工藝

16、措施使鑄件結(jié)構(gòu)上的各個(gè)部分的凝固順序不同。 凝固方式：是鑄件凝固某時(shí)刻某一斷面上的凝固順序不同。（3）采取的工藝措施）采取的工藝措施 順序凝固原則： 冒口位置：設(shè)置于鑄件厚壁或熱節(jié)處 冒口、冷鐵、補(bǔ)貼的聯(lián)合應(yīng)用（鑄鋼件） 內(nèi)澆口位置：從冒口處引入 澆注溫度：高溫慢澆 同時(shí)凝固原則： 內(nèi)澆口位置：從鑄件薄壁處引入 澆注溫度：低溫快澆 冷鐵的應(yīng)用：安放在鑄件厚壁處 加壓補(bǔ)縮8-2 氣孔與夾雜氣孔與夾雜 一、氣孔的分類及特征一、氣孔的分類及特征 氣孔：氣孔：存在于液態(tài)金屬中的氣體，若凝固前氣泡來存在于液態(tài)金屬中的氣體，若凝固前氣泡來不及排除，就會(huì)在金屬內(nèi)形成孔洞。這種不及排除，就會(huì)在金屬內(nèi)形成孔洞。

17、這種因氣體分因氣體分子聚集而產(chǎn)生的孔洞稱為氣孔子聚集而產(chǎn)生的孔洞稱為氣孔。 氣孔分類：氣孔分類：金屬中的氣孔按氣體來源不同可分為：金屬中的氣孔按氣體來源不同可分為： 析出性氣孔析出性氣孔、侵入性氣孔侵入性氣孔和和反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔；按氣體種；按氣體種類不同可分為氫氣孔、氮?dú)饪缀鸵谎趸細(xì)饪椎?。類不同可分為氫氣孔、氮?dú)饪缀鸵谎趸細(xì)饪椎取?1析出性氣孔析出性氣孔 液態(tài)金屬在冷卻凝固過程中，液態(tài)金屬在冷卻凝固過程中，因氣體溶解度下降，析出的氣體來不及逸出而產(chǎn)生的因氣體溶解度下降，析出的氣體來不及逸出而產(chǎn)生的氣孔稱為析出性氣孔。這類氣孔主要是氫氣孔和氮?dú)鈿饪追Q為析出性氣孔。這類氣孔主要是氫氣孔和氮

18、氣孔。孔。 析出性氣孔的析出性氣孔的特征特征：析出性氣孔通常分布在鑄件的：析出性氣孔通常分布在鑄件的整個(gè)斷面或某一局部區(qū)域，尤其在冒口附近和熱節(jié)等整個(gè)斷面或某一局部區(qū)域，尤其在冒口附近和熱節(jié)等溫度較高的區(qū)域分布比較密集。氣孔形狀有團(tuán)球形、溫度較高的區(qū)域分布比較密集。氣孔形狀有團(tuán)球形、裂紋多角形、斷續(xù)裂紋狀或混合型。當(dāng)金屬含氣量較裂紋多角形、斷續(xù)裂紋狀或混合型。當(dāng)金屬含氣量較少時(shí)，呈裂紋狀；而含氣量較多時(shí)，氣孔較大，呈團(tuán)少時(shí)，呈裂紋狀；而含氣量較多時(shí)，氣孔較大，呈團(tuán)球形。析出性氣孔常發(fā)生在同一爐或同一包澆注的一球形。析出性氣孔常發(fā)生在同一爐或同一包澆注的一批鑄件中。批鑄件中。 2侵入性氣孔侵入性

19、氣孔 鑄型和型芯等在液態(tài)金屬高溫鑄型和型芯等在液態(tài)金屬高溫作用下產(chǎn)生的氣體，侵入金屬內(nèi)部所形成的氣孔，稱作用下產(chǎn)生的氣體，侵入金屬內(nèi)部所形成的氣孔，稱為侵入性氣孔。為侵入性氣孔。 侵入性氣孔侵入性氣孔特征特征：數(shù)量較少、體積較大、孔壁光：數(shù)量較少、體積較大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出現(xiàn)在鑄件表層或近表層。形滑、表面有氧化色，常出現(xiàn)在鑄件表層或近表層。形狀多呈梨形、橢圓形或圓形，梨尖一般指向氣體侵入狀多呈梨形、橢圓形或圓形，梨尖一般指向氣體侵入的方向。侵入的氣體一般是水蒸氣、一氧化碳、二氧的方向。侵入的氣體一般是水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、氫、氮和碳?xì)浠衔锏取；?、氫、氮和碳?xì)浠衔锏取?3

20、反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔 液態(tài)金屬內(nèi)部或與鑄型之間發(fā)液態(tài)金屬內(nèi)部或與鑄型之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣孔，稱為反應(yīng)性氣孔。生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣孔，稱為反應(yīng)性氣孔。 反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔特征特征： 金屬金屬-鑄型間反應(yīng)性氣孔常分鑄型間反應(yīng)性氣孔常分布在鑄件表面皮下布在鑄件表面皮下 13mm 處，通稱為處，通稱為皮下氣孔皮下氣孔，其形狀有球狀和梨狀，孔徑約其形狀有球狀和梨狀，孔徑約 13mm。有些皮下。有些皮下氣孔呈細(xì)長(zhǎng)狀，垂直于鑄件表面，深度可達(dá)氣孔呈細(xì)長(zhǎng)狀，垂直于鑄件表面，深度可達(dá) 10mm 左右。氣孔內(nèi)主要是左右。氣孔內(nèi)主要是 H2、CO 和和 N2等。等。 液態(tài)金屬內(nèi)部合金元素之間或與非金屬夾雜物

21、液態(tài)金屬內(nèi)部合金元素之間或與非金屬夾雜物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的蜂窩狀氣孔，呈梨形或團(tuán)球形發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的蜂窩狀氣孔，呈梨形或團(tuán)球形均勻分布。碳鋼焊縫內(nèi)因冶金反應(yīng)生成的均勻分布。碳鋼焊縫內(nèi)因冶金反應(yīng)生成的 CO 氣孔，氣孔，則沿焊縫結(jié)晶方向呈條蟲狀分布。皮下氣孔常出現(xiàn)則沿焊縫結(jié)晶方向呈條蟲狀分布。皮下氣孔常出現(xiàn)在熔點(diǎn)較高的合金（鑄鋼、鑄鐵及銅合金）鑄件中。在熔點(diǎn)較高的合金（鑄鋼、鑄鐵及銅合金）鑄件中。 二、氣孔的危害二、氣孔的危害 氣孔是鑄件或焊件最常見的缺陷之一。氣孔的氣孔是鑄件或焊件最常見的缺陷之一。氣孔的存在不僅能減小金屬的有效承載面積，而且使局部存在不僅能減小金屬的有效承載面積，而且使局部

22、造成應(yīng)力集中，成為造成應(yīng)力集中，成為零件斷裂的裂紋源零件斷裂的裂紋源。一些形狀。一些形狀不規(guī)則的氣孔，則會(huì)增加缺口的敏感性，使金屬的不規(guī)則的氣孔，則會(huì)增加缺口的敏感性，使金屬的強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降和和抗疲勞能力降低抗疲勞能力降低。三、防止氣孔產(chǎn)生的措三、防止氣孔產(chǎn)生的措施施 1. 防止析出性氣孔的措施防止析出性氣孔的措施 （1）消除氣體來源（減少金屬液原始含氣量）消除氣體來源（減少金屬液原始含氣量） （2）采用合理的工藝（提高鑄件冷速，鑄型（芯）排氣暢）采用合理的工藝（提高鑄件冷速，鑄型（芯）排氣暢通）通） （3）對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行除氣處理（浮游、真空、氧化、冷凝）對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行除氣處理（浮游、真空、

23、氧化、冷凝去氣）去氣） （4）阻止液態(tài)金屬內(nèi)氣體的析出（加壓鑄造）阻止液態(tài)金屬內(nèi)氣體的析出（加壓鑄造） 2. 防止侵入性氣孔的措施防止侵入性氣孔的措施 （1）控制侵入氣體的來源（減少砂型發(fā)氣量）控制侵入氣體的來源（減少砂型發(fā)氣量） （2）控制砂型的透氣性和緊實(shí)度）控制砂型的透氣性和緊實(shí)度 （3）提高砂型和砂芯的排氣能力）提高砂型和砂芯的排氣能力 3. 防止反應(yīng)性氣孔（皮下氣孔）的措施防止反應(yīng)性氣孔（皮下氣孔）的措施 （1）采取烘干、除濕等措施，防止和減少氣體進(jìn)）采取烘干、除濕等措施，防止和減少氣體進(jìn)入入 液態(tài)金屬。液態(tài)金屬。 （2）嚴(yán)格控制合金中強(qiáng)氧化性元素的含量。）嚴(yán)格控制合金中強(qiáng)氧化性元素

24、的含量。 （3）適當(dāng)提高液態(tài)金屬的澆注溫度，降低凝固速）適當(dāng)提高液態(tài)金屬的澆注溫度，降低凝固速 度，盡量保證液態(tài)金屬平穩(wěn)進(jìn)入鑄型，減少液度，盡量保證液態(tài)金屬平穩(wěn)進(jìn)入鑄型，減少液 態(tài)金屬的氧化。態(tài)金屬的氧化。 （4）澆注系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)：如重慶大足汽車廠，濕）澆注系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)：如重慶大足汽車廠，濕型型 澆注鑄鋼件，使用溢流冒口，去除第一股冷鋼澆注鑄鋼件，使用溢流冒口，去除第一股冷鋼 水，減少水，減少FeO含量，鑄鋼件不產(chǎn)生皮下氣孔。含量，鑄鋼件不產(chǎn)生皮下氣孔。四、夾雜物的形成及防止措施四、夾雜物的形成及防止措施 1. 夾雜物的來源及分類夾雜物的來源及分類 夾雜物：指金屬內(nèi)部或表面存在的和基本金屬成分

25、不同的物夾雜物：指金屬內(nèi)部或表面存在的和基本金屬成分不同的物質(zhì)。質(zhì)。（1）夾雜物的來源）夾雜物的來源 它主要來源于它主要來源于原材料本身的雜質(zhì)原材料本身的雜質(zhì)及及金屬在熔煉、澆注和凝金屬在熔煉、澆注和凝固過程中與非金屬元素或化合物發(fā)生反應(yīng)而形成的產(chǎn)物固過程中與非金屬元素或化合物發(fā)生反應(yīng)而形成的產(chǎn)物。 原材料本身含有的夾雜物，如金屬爐料表面的粘砂、原材料本身含有的夾雜物，如金屬爐料表面的粘砂、氧化銹蝕、隨同爐料一起進(jìn)入熔爐的泥砂、焦炭中的灰分等，氧化銹蝕、隨同爐料一起進(jìn)入熔爐的泥砂、焦炭中的灰分等，熔化后變?yōu)槿茉?。熔化后變?yōu)槿茉?金屬熔煉時(shí)，脫氧、脫硫、孕育和變質(zhì)等處理過程，金屬熔煉時(shí)，脫氧、

26、脫硫、孕育和變質(zhì)等處理過程，產(chǎn)生大量的產(chǎn)生大量的 MnO、SiO2、Al2O3等夾雜物。等夾雜物。 液態(tài)金屬與爐襯、澆包的耐火材料及溶渣接觸時(shí)，會(huì)液態(tài)金屬與爐襯、澆包的耐火材料及溶渣接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生大量的發(fā)生相互作用，產(chǎn)生大量的 MnO、Al2O3等夾雜物。等夾雜物。 在精煉后轉(zhuǎn)包及澆注過程中，金屬表面與空氣接觸形在精煉后轉(zhuǎn)包及澆注過程中，金屬表面與空氣接觸形成的表面氧化膜，被卷入金屬后形成氧化夾雜物。成的表面氧化膜，被卷入金屬后形成氧化夾雜物。 在鑄造和焊接過程中，金屬與非金屬元素發(fā)生化學(xué)反在鑄造和焊接過程中，金屬與非金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的各種夾雜物，如應(yīng)而產(chǎn)生的各種夾雜物

27、，如 FeS、MnS 等硫化物。等硫化物。 （2）夾雜物的分類）夾雜物的分類 按夾雜物按夾雜物化學(xué)成分化學(xué)成分，可分為：，可分為： 氧化物氧化物- FeO、MnO、SiO2、Al2O3 硫化物硫化物-FeS、MnS、Cu2S 硅酸鹽硅酸鹽- FeO.SiO2、Fe2SiO4、Mn2SiO4、 按夾雜物按夾雜物形成時(shí)間形成時(shí)間，可分為初生夾雜物、次生夾雜物，可分為初生夾雜物、次生夾雜物和二次氧化夾雜物。和二次氧化夾雜物。 初生夾雜物：是在金屬熔煉及爐前處理過程中產(chǎn)生的。初生夾雜物：是在金屬熔煉及爐前處理過程中產(chǎn)生的。 次生夾雜物：是在金屬凝固過程中產(chǎn)生的。次生夾雜物：是在金屬凝固過程中產(chǎn)生的。

28、二次氧化夾雜物：而在澆注過程中因氧化而產(chǎn)生的夾雜二次氧化夾雜物：而在澆注過程中因氧化而產(chǎn)生的夾雜物稱為二次氧化夾雜物。物稱為二次氧化夾雜物。 按夾雜物按夾雜物形狀形狀，可分為球形、多面體、不規(guī)則多角形、，可分為球形、多面體、不規(guī)則多角形、條狀及薄板形、板形等條狀及薄板形、板形等。 3. 夾雜物的危害：夾雜物的危害： 夾雜物的存在破壞了金屬本體的連續(xù)性，使金屬夾雜物的存在破壞了金屬本體的連續(xù)性，使金屬的的強(qiáng)度和塑性下降強(qiáng)度和塑性下降； 尖角形夾雜物易引起應(yīng)力集中，顯著降低金屬的尖角形夾雜物易引起應(yīng)力集中，顯著降低金屬的沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度； 易熔夾雜物（如鋼鐵中的易熔夾雜物（如鋼

29、鐵中的 FeS）分布于晶界，不）分布于晶界，不僅僅降低強(qiáng)度降低強(qiáng)度且能且能引起熱裂引起熱裂。 夾雜物也能促進(jìn)氣孔的形成，它既能吸附氣體，夾雜物也能促進(jìn)氣孔的形成，它既能吸附氣體，又是氣核形成的良好襯底。又是氣核形成的良好襯底。 在某些情況下，也在某些情況下，也可利用可利用夾雜物改善金屬的某些夾雜物改善金屬的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及細(xì)化金屬性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及細(xì)化金屬組織等。組織等。4. 防止和減少夾雜物的措施防止和減少夾雜物的措施（1）熔體精煉（熔劑精煉，氣體精煉）（2）過濾法擋渣（澆注系統(tǒng)內(nèi)加過濾網(wǎng)、過濾片等擋渣）（3）采用合理澆注溫度及澆冒口系統(tǒng)，液流平

30、穩(wěn)充型，減 少二次氧化夾雜（4）采取除氣處理的措施（冷凝靜置處理、浮游去氣法、 真空澆注等）8-3 應(yīng)力、變形及裂紋應(yīng)力、變形及裂紋 1. 應(yīng)力及其分類應(yīng)力及其分類 在熱加工過程中，工件因經(jīng)歷了加熱和冷卻過程，在熱加工過程中，工件因經(jīng)歷了加熱和冷卻過程，其尺寸和形狀將發(fā)生變化。如果這種變化受到了阻礙，其尺寸和形狀將發(fā)生變化。如果這種變化受到了阻礙，就會(huì)在工件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。伴隨加熱和冷卻過程而變化就會(huì)在工件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。伴隨加熱和冷卻過程而變化的應(yīng)力稱為臨（瞬）時(shí)應(yīng)力；完全冷卻后殘存在工件的應(yīng)力稱為臨（瞬）時(shí)應(yīng)力；完全冷卻后殘存在工件中的應(yīng)力稱為中的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力。 按其按其形成原因形成

31、原因可分為：可分為：熱應(yīng)力熱應(yīng)力、相變應(yīng)力相變應(yīng)力和和機(jī)械阻機(jī)械阻礙應(yīng)力礙應(yīng)力。 按其按其存在時(shí)間存在時(shí)間分：分：殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力、臨（瞬）時(shí)應(yīng)力臨（瞬）時(shí)應(yīng)力。 按其按其應(yīng)力性質(zhì)應(yīng)力性質(zhì)分：分：拉應(yīng)力拉應(yīng)力、壓應(yīng)力壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力。一、應(yīng)力一、應(yīng)力 （1）熱應(yīng)力）熱應(yīng)力 工件在加熱和冷卻過程中，由于各部分的溫度不同造成工件在加熱和冷卻過程中，由于各部分的溫度不同造成工件上同一時(shí)刻各部分的收縮或膨脹量不同，從而導(dǎo)致內(nèi)部工件上同一時(shí)刻各部分的收縮或膨脹量不同，從而導(dǎo)致內(nèi)部彼此相互制約而產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力是由不均勻溫度場(chǎng)引起彼此相互制約而產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力是由不均勻溫度場(chǎng)引起的，故稱為熱應(yīng)

32、力（殘余應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。的，故稱為熱應(yīng)力（殘余應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。 （2）相變應(yīng)力）相變應(yīng)力 具有固態(tài)相變的合金，若各部分發(fā)生相變的時(shí)刻及相變具有固態(tài)相變的合金，若各部分發(fā)生相變的時(shí)刻及相變程度不同，其內(nèi)部就可能產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力稱為相變應(yīng)力程度不同，其內(nèi)部就可能產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力稱為相變應(yīng)力（可能是殘余應(yīng)力，也可能是臨時(shí)應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。（可能是殘余應(yīng)力，也可能是臨時(shí)應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。 （3）機(jī)械阻礙應(yīng)力）機(jī)械阻礙應(yīng)力 金屬在冷卻過程中因收縮受到外界阻礙（如鑄件收縮時(shí)金屬在冷卻過程中因收縮受到外界阻礙（如鑄件收縮時(shí)受到鑄型、型芯、箱檔等的阻礙）而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為機(jī)械受到鑄型、

33、型芯、箱檔等的阻礙）而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為機(jī)械阻礙應(yīng)力，外界阻礙消除后（鑄件開箱后）應(yīng)力消失。（臨阻礙應(yīng)力，外界阻礙消除后（鑄件開箱后）應(yīng)力消失。（臨時(shí)應(yīng)力，為拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力）。時(shí)應(yīng)力，為拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力）。 熱應(yīng)力是液態(tài)成形件中最普遍存熱應(yīng)力是液態(tài)成形件中最普遍存在的一種應(yīng)力，熱應(yīng)力的存在不僅在的一種應(yīng)力，熱應(yīng)力的存在不僅會(huì)引起工件尺寸形狀的變化，還會(huì)會(huì)引起工件尺寸形狀的變化，還會(huì)降低構(gòu)件的承載能力，使工件產(chǎn)生降低構(gòu)件的承載能力，使工件產(chǎn)生裂紋（拉應(yīng)力）。因此，必須盡量裂紋（拉應(yīng)力）。因此，必須盡量減小工件在加工過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)減小工件在加工過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。力。 下面重點(diǎn)講述下面重點(diǎn)講述熱

34、應(yīng)力熱應(yīng)力2. 熱應(yīng)力(1) 產(chǎn)生原因及條件產(chǎn)生原因：鑄件各部分冷卻速度不一致，引起收縮量不同，但各部分又彼此相連、相互制約而產(chǎn)生了熱應(yīng)力。產(chǎn)生條件：認(rèn)為合金存在一個(gè)彈、塑性的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tk : 當(dāng)T Tk 時(shí)，合金處于塑性狀態(tài) 當(dāng)T Tk 時(shí)，合金處于彈性狀態(tài) 下面以“ T ”字梁為例（見下圖） 3b3a3c塑壓塑壓塑拉塑拉塑壓塑壓彈拉彈拉彈拉彈拉彈壓彈壓由以上分析得出熱應(yīng)力產(chǎn)生的條件是： (1)鑄件相互連接的兩部分均處于彈性狀態(tài)；（2）鑄件各部分冷卻速度不同：冷卻快的薄壁或表面：產(chǎn)生壓應(yīng)力冷卻快的薄壁或表面：產(chǎn)生壓應(yīng)力冷卻慢的厚壁或中心：產(chǎn)生拉應(yīng)力冷卻慢的厚壁或中心：產(chǎn)生拉應(yīng)力（2）影響

35、熱應(yīng)力的因素）影響熱應(yīng)力的因素 對(duì)“T”字梁： 在桿中的拉應(yīng)力 在桿中的壓應(yīng)力 II IIIIII)(FFFETT 拉 II IIIII)(IIFFFETT 壓式中 金屬?gòu)椥阅Ａ浚?線收縮系數(shù)； 桿截面積 ； 桿截面積 ； 桿冷至TK時(shí)兩桿的溫差 II ITT EIFIIF 影響因素 金屬性質(zhì)： 鑄型性質(zhì)： 澆注條件： 鑄件結(jié)構(gòu)：E金屬導(dǎo)熱系數(shù)12b冷 II ITT ， ,，則，則 ， , , 則則 澆t冷 ， II ITT ，則，則壁厚差 ， II ITT , 則則 （3）減輕和消除熱應(yīng)力（殘余應(yīng)力）減輕和消除熱應(yīng)力（殘余應(yīng)力 ）的途徑）的途徑 合金方面：選擇E、 小， 大的材料 鑄型方面：

36、 鑄件厚壁部分砂層減薄或加冷鐵 預(yù)熱鑄型，提高鑄型溫度 提高鑄型、型芯退讓性 減少鑄型表面摩擦力 1 澆注條件方面： 適當(dāng)提高澆注溫度，減小冷卻速度。 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮同時(shí)凝固原則。 開箱不宜過早或過遲。 鑄件結(jié)構(gòu)方面：設(shè)計(jì)鑄件壁厚差盡可能小，厚、薄壁交接處圓滑過渡。 熱處理及其他方法： 人工時(shí)效：加熱至塑性狀態(tài)，保溫一段時(shí)間，然后緩冷至室溫。 機(jī)械加載法。 共振法。二、變形二、變形 在熱加工過程中，工件因加熱和冷卻在熱加工過程中，工件因加熱和冷卻時(shí)而發(fā)生的形狀和尺寸的變化稱為時(shí)而發(fā)生的形狀和尺寸的變化稱為變形變形。 當(dāng)工件中的當(dāng)工件中的應(yīng)力大于應(yīng)力大于合金該溫度下的合金該溫度下的屈服強(qiáng)度屈服

37、強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生變形。時(shí)，便產(chǎn)生變形。 變形不僅影響結(jié)構(gòu)的變形不僅影響結(jié)構(gòu)的外形和裝配外形和裝配，而，而且還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的且還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力承載能力，甚至，甚至導(dǎo)致事導(dǎo)致事故故的發(fā)生。的發(fā)生。 1.變形的種類變形的種類 可將加熱和冷卻時(shí)工件所發(fā)生的變形稱為可將加熱和冷卻時(shí)工件所發(fā)生的變形稱為瞬時(shí)變瞬時(shí)變形形，完全冷卻后遺留下來的變形稱為，完全冷卻后遺留下來的變形稱為殘余變形殘余變形。其中，。其中，對(duì)結(jié)構(gòu)影響比較大的是殘余變形。對(duì)結(jié)構(gòu)影響比較大的是殘余變形。 就其涉及的范圍而言，大體上可分為就其涉及的范圍而言，大體上可分為整體變形整體變形和和局部變形局部變形兩大類。兩大類。 2.控制變形的措施

38、控制變形的措施 （1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：壁厚差小，熱節(jié)分散，反變形設(shè)計(jì)。壁厚差小，熱節(jié)分散，反變形設(shè)計(jì)。 （2）工藝方面：）工藝方面：在鑄造工藝中，為了防止鑄件的彎曲變?cè)阼T造工藝中，為了防止鑄件的彎曲變 形，形，可在合箱以后澆注之前，將壓鐵放在砂箱上?？稍诤舷湟院鬂沧⒅?，將壓鐵放在砂箱上。三、裂紋三、裂紋 在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子 結(jié)合遭到破壞，在形成新界面時(shí)產(chǎn)生的縫隙稱為結(jié)合遭到破壞，在形成新界面時(shí)產(chǎn)生的縫隙稱為裂裂 紋紋。 裂紋大體可分為五大類：裂紋大體可分為五大類：熱裂紋熱裂紋、冷裂紋冷裂紋、再熱、再熱 裂紋、層狀

39、撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋等。裂紋、層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋等。熱裂紋：熱裂紋：金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象，微觀上具有開裂現(xiàn)象，微觀上具有沿晶沿晶開裂特征。熱裂紋的形式：開裂特征。熱裂紋的形式：凝固裂紋、液化裂紋和高溫失延裂紋等，其中凝固裂紋、液化裂紋和高溫失延裂紋等，其中最常見最常見的是凝固裂紋。的是凝固裂紋。凝固裂紋：凝固裂紋： 金屬凝固結(jié)晶末期，在固相線附近發(fā)生的金屬凝固結(jié)晶末期，在固相線附近發(fā)生的晶間開裂現(xiàn)象，稱為凝固裂紋或結(jié)晶裂紋。其形成與晶間開裂現(xiàn)象，稱為凝固裂紋或結(jié)晶裂紋。其形成與凝固末期晶間存在的液膜有關(guān)，斷口具有沿晶間液膜凝固末

40、期晶間存在的液膜有關(guān)，斷口具有沿晶間液膜分離的特征。分離的特征。 宏觀可見的宏觀可見的熱裂紋熱裂紋表面無金屬光澤，表面無金屬光澤，有明顯的氧化色有明顯的氧化色彩，可作為初步判斷其是否為熱裂紋的判據(jù)。彩，可作為初步判斷其是否為熱裂紋的判據(jù)。1.熱裂紋熱裂紋冷裂紋：冷裂紋：是指金屬經(jīng)鑄造成形后或焊接后冷卻到室溫是指金屬經(jīng)鑄造成形后或焊接后冷卻到室溫附近時(shí)出現(xiàn)的裂紋。這類裂紋是中碳鋼、高碳鋼、低附近時(shí)出現(xiàn)的裂紋。這類裂紋是中碳鋼、高碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、工具鋼、鈦合金及鑄鐵等材料成形加工合金高強(qiáng)鋼、工具鋼、鈦合金及鑄鐵等材料成形加工時(shí)極易出現(xiàn)的一種工藝缺陷。時(shí)極易出現(xiàn)的一種工藝缺陷。 從宏觀上看：從宏

41、觀上看：冷裂紋冷裂紋的斷口具有發(fā)亮的的斷口具有發(fā)亮的金屬光澤和穿金屬光澤和穿晶斷裂的特征。晶斷裂的特征。 裂紋是由于鑄件中形成的拉應(yīng)力大于該溫度下合裂紋是由于鑄件中形成的拉應(yīng)力大于該溫度下合金的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的，減輕和消除鑄造應(yīng)力的措施金的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的，減輕和消除鑄造應(yīng)力的措施均可防止裂紋的產(chǎn)生。均可防止裂紋的產(chǎn)生。2.冷裂紋冷裂紋8-4 偏析偏析 根據(jù)偏析范圍的不同，可將偏析分為：根據(jù)偏析范圍的不同，可將偏析分為： 微觀偏析微觀偏析和和宏觀偏析宏觀偏析兩大類兩大類 偏析產(chǎn)生的基本原因是由于合金在凝固過偏析產(chǎn)生的基本原因是由于合金在凝固過程中程中溶質(zhì)再分配溶質(zhì)再分配和和擴(kuò)散不充分?jǐn)U散不充分

42、引起的結(jié)果。引起的結(jié)果。 它們對(duì)合金的它們對(duì)合金的力學(xué)性能、切削加工性能、力學(xué)性能、切削加工性能、抗裂性能抗裂性能以及以及耐腐蝕性能耐腐蝕性能等有著程度不同的等有著程度不同的損害。損害。 偏析現(xiàn)象也有偏析現(xiàn)象也有有益有益的一面，如利用偏析現(xiàn)的一面，如利用偏析現(xiàn)象可以凈化或提純金屬等（如區(qū)域提純）。象可以凈化或提純金屬等（如區(qū)域提純）。 液態(tài)合金在凝固過程中發(fā)生的液態(tài)合金在凝固過程中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析。現(xiàn)象稱為偏析。微觀偏析微觀偏析是指微小范圍（約一個(gè)晶粒范圍）內(nèi)的化是指微小范圍（約一個(gè)晶粒范圍）內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分為學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分

43、為晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）和（枝晶偏析）和晶界偏析晶界偏析。宏觀偏析宏觀偏析是指凝固是指凝固斷面上各部位的化學(xué)成分不均勻斷面上各部位的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，按其表現(xiàn)形式可分為正常偏析、逆偏析、重現(xiàn)象，按其表現(xiàn)形式可分為正常偏析、逆偏析、重力偏析等。力偏析等。 一、微觀偏析一、微觀偏析1.晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析：是在：是在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常產(chǎn)生于具有結(jié)晶溫度范圍、能夠形成固溶體的合常產(chǎn)生于具有結(jié)晶溫度范圍、能夠形成固溶體的合金中。金中。 對(duì)于溶質(zhì)分配系數(shù)對(duì)于溶質(zhì)分配系數(shù) k01 的固溶體合金，晶粒內(nèi)的固溶體合金，晶粒內(nèi)先結(jié)晶部分含溶質(zhì)較少

44、，后結(jié)晶部分含溶質(zhì)較多。先結(jié)晶部分含溶質(zhì)較少，后結(jié)晶部分含溶質(zhì)較多。這種成分不均勻性就是晶內(nèi)偏析這種成分不均勻性就是晶內(nèi)偏析枝晶偏析枝晶偏析：固溶體合金按樹枝晶方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)：固溶體合金按樹枝晶方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異。這種晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異。這種在樹枝晶內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象又稱為枝晶偏析。在樹枝晶內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象又稱為枝晶偏析。 晶內(nèi)偏析的危害：晶內(nèi)偏析的危害：使晶粒內(nèi)部成分不均勻，導(dǎo)致使晶粒內(nèi)部成分不均勻，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能降低，特別是合金的力學(xué)性能降低，特別是塑性和韌性降低塑性和韌性降低。此。此外，晶內(nèi)偏析還會(huì)引起合金化學(xué)性能不

45、均勻，使合外，晶內(nèi)偏析還會(huì)引起合金化學(xué)性能不均勻，使合金的金的抗蝕性能抗蝕性能下降。下降。 晶內(nèi)偏析的防止措施：晶內(nèi)偏析的防止措施：晶內(nèi)偏析是一種不平衡狀晶內(nèi)偏析是一種不平衡狀態(tài)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。如果采取一定的工藝態(tài)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。如果采取一定的工藝措施，使溶質(zhì)充分?jǐn)U散，就能消除晶內(nèi)偏析。措施，使溶質(zhì)充分?jǐn)U散，就能消除晶內(nèi)偏析。 生產(chǎn)上采取的措施有：生產(chǎn)上采取的措施有： （1）細(xì)化晶粒）細(xì)化晶粒來減輕偏析的范圍及程度。來減輕偏析的范圍及程度。 （2）采用采用擴(kuò)散退火或均勻化退火熱處理擴(kuò)散退火或均勻化退火熱處理來消除來消除晶內(nèi)偏析，即將合金加熱到低于固相線晶內(nèi)偏析，即將合金加熱到低

46、于固相線100200的溫度，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使的溫度，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使偏析元素進(jìn)行偏析元素進(jìn)行充分?jǐn)U散充分?jǐn)U散，以達(dá)到均勻化的目的。，以達(dá)到均勻化的目的。 2.晶界偏析晶界偏析 在合金凝固過程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物在合金凝固過程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物常富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學(xué)成分出現(xiàn)差異，常富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學(xué)成分出現(xiàn)差異，這種成分不均勻現(xiàn)象稱為這種成分不均勻現(xiàn)象稱為晶界偏析。晶界偏析。晶界偏析的產(chǎn)晶界偏析的產(chǎn)生見下圖。生見下圖。 晶界偏析的危害：晶界偏析的危害：晶界偏析比晶內(nèi)偏析的危害晶界偏析比晶內(nèi)偏析的危害性更大，它既能性更大，它既能降低合金的塑性和高溫性能降低合金的塑性和高溫性能，又能，又能增加增加熱裂熱裂傾向，因此必須加以防止。傾向，因此必須加以防止。 晶界偏析的防止措施：晶界偏析的防止措施：生產(chǎn)中預(yù)防和消除晶界生產(chǎn)中預(yù)防和消除晶界偏析的方法與晶內(nèi)偏析所采用的措施相同，即偏析的方法與晶內(nèi)偏析所采用的措施相同，即細(xì)化細(xì)化晶粒晶粒、均勻化退火均勻化退火。但當(dāng)。但當(dāng)晶界上晶界上存在存在穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物（氧化物、硫化物或某些碳化物）（氧化物、硫化物或某些碳化物）時(shí)，即使時(shí)，即使均勻化均勻化退火也無法消除退火也無法消除，必須從減少合金中氧和硫的含量，必須從減少合金中氧和