铸件的凝固和收缩

 铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松

一 铸件的凝固

1 凝固方式:

铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区

对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.

1)     逐层凝固:

纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.

2)     糊状凝固

合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故---

3)     中间凝固

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.

2 影响铸件凝固方式的因素

1)    合金的结晶温度范围

范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固

2)    铸件的温度梯度

合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)

二 合金的收缩

液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.

1 收缩的几个阶段

1)    液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.

2)    凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%

3)     固态收缩: 凝固以后到常温.  固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.

2 影响收缩的因素

1)     化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁 C, Si↑,收↓,S↑ 收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.

2)    浇注温度: 温度↑ 液态收缩↑

3)    铸件结构与铸型条件

铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴ 铸型要有好的退让性.

3 缩孔形成

在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔

*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.

4 影响缩孔容积的因素(补充)

1)    液态收缩,凝固收缩 ↑ 缩孔容积↑

2)    凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓

3)    浇注速度↓  缩孔容积↓

4)    浇注速度↑  液态收缩↑ 易产生缩孔

5 缩松的形成

由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.

1)    宏观缩松

肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.

2)    微观缩松

凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---

凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞.  凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)

6 缩孔,缩松的防止办法

基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.

顺序凝固: 冒口—补缩

同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.

安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.

非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.

对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.