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1、第四章 铸件的收缩,1 铸造合金的收缩,铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中，所发生的体积减小的现象称为收缩。收缩是铸造合金本身的物理性质，也是重要的铸造性能之一。它是铸件中许多缺陷如缩孔、缩松、热裂、应力、变形和冷裂等产生的基本原因。金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩。,的体收缩率：,:体收缩系数,金属在固态时的线尺寸改变量，称为线收缩。,的线收缩率：,，,：线收缩系数,：某一温度区间的相对收缩量，既与金属的性质有关，又与温度区间的大小有关。,1.液态收缩,从浇注温度,冷却至液相线温度,的体收缩为液态收缩。,的因素：,浇注温度,合金成分,合金成分、温度、气体和夹杂物含量,影响,2.凝固收
2、缩,（1）对于纯金属和共晶合金，凝固期间的体收缩只是由于状态的改变，而与温度无关，所以具有一定的数值。（2）具有一定结晶温度范围的合金由液态转变为固态时，状态的改变和温度的降低都引起收缩。,3.固态收缩,线收缩率：,金属的线收缩是铸件产生应力、变形和裂纹的基本原因。（冷却阶段的相变也会引起收缩率的变化）,4.线收缩的开始温度,对于纯金属和共晶合金的线收缩是在金属完全凝固后开始的。对于具有一定结晶温度范围的合金，随着枝晶数量增多，彼此相连构成连续的骨架，则开始线收缩。,合金的线收缩开始温度与成分的关系,2 铸件中的缩孔和缩松,缩孔：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，在铸件最后凝固的
3、部位出现容积大而集中的孔洞集中缩孔缩松：铸件在凝固过程中，出现细小而分散的孔洞，称分散缩孔。,对铸件的影响：,降低铸件的气密性和物理化学性能。,减小受力的有效面积，应力集中-降低机械性能。,一、缩孔,一般合金缩孔的形成：假定金属以逐层方式凝固，缩孔的形成过程是下图,集中缩孔的产生原因：液态收缩+凝固收缩固态收缩 集中缩孔的产生条件：逐层凝固方式 集中缩孔的产生位置：最后凝固的位置,缩孔位置的确定,可用等固相线法:在铸件断面上从冷却表面开始逐层向内绘制等固相线，直到最窄断面上的等固相线相接触为止。此时，等固相线不相接连的地方，就是铸件最后凝固的区域，也就是缩孔的位置。合理的使用冷铁和冒口，可使铸
4、件无缩孔。,二、缩松,宏观缩松（简称缩松）微观缩松（显微缩松）一、缩松的形成：缩松：分布在铸件壁的轴线区域、厚大部位、冒口根部和内浇 口附近。缩松分布面广，难于补缩，是铸件中最危险的缺陷之一。,缩松度对试棒抗拉强度的影响。缩松度,（相对强度）,形成原因：和缩孔一样：形成条件：合金的结晶温度范围较宽，或铸件断面温度梯度小-凝固区域宽，倾向于糊状凝固方式显微缩松产生在晶间和分枝之间，与微观气孔很难区分，且经常是同时发生的，在显微镜下才能观察到。位置：铸件壁的轴线区域（轴线缩松）、厚大部位、冒口根部和内浇口附近。,2.显微缩松：,液态收缩和凝固收缩所形成的细小空洞分散且得不到外部合金液的补充而造成的
5、。,和,，降低气密性和物理化学性能。,一般铸件不作为缺陷；要求高的铸件，要防止显微缩松。,各种合金铸件中或多或少都存在，降低铸件的力学性能，尤其降 低,形成条件：（铸件在凝固过程中析出气体时）,：显微孔洞补缩的阻力,：在某一温度下金属中气体的析出压力,：凝固着的金属上的大气压力,：气液界面的表面张力,：纤维孔洞的半径,：孔洞上的金属压头,以上各参数可变的为,和,：与液态金属中气体的含量有关,：枝晶间通道长度、晶粒形态、晶粒大小有关,凝固区域宽，枝晶越发达，通道越长，,孔洞度,（显微缩松）,含气量,孔洞度,等孔洞度曲线与等凝固曲线基本一致。,，易产生显微缩松。,宏观缩松和显微缩松在形态、分布特征
6、和形成过程上有何区别？与气体析出相伴生成的显微缩松的形成条件是什么？对铸件质量有和影响？如何防止和消除显微缩松？,宏观缩松：形态：铸件内部比较密集的小孔洞，可见到枝晶末梢。分布：冒口下、浇口根部、厚大热节中心、铸件轴线处。形成过程：凝固区域较宽，倾向于糊状凝固方式时，固液态收缩和凝固收缩到形成的细小孔洞分散且得不到外部金属液的补充而造成的。,显微缩松：形态：与微观气孔很难区分，且经常同时发生的，显微镜下才能观察到。分布：晶间和分枝之间，各种金属铸件或多或少都存在。形成过程：枝间或分枝间液体收缩得不到补充。与气体伴生的条件：,3.缩孔和缩松的转化规律：,-缩孔和缩松的数量可以相互转化,合金铸件中
7、缩孔和缩松的分配和转化。,对一定成分的合金：,4、防止铸件产生缩孔缩松的方法,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，尽可能使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在最后凝固的地方，利用浇冒口补缩。使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，主要是通过控制铸件的凝固方向使之符合“顺序凝固原则”或“同时凝固原则”。,顺序凝固,顺序凝固原则：采用各种措施保证铸件结构上各部分按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口的部分，最后才是冒口本身凝固的次序进行。这种原则能保证缩孔集中在冒口中，获得致密的铸件。,顺序凝固的实质：采取各种措施，增大纵向温度梯度，保证整个凝固过程中始终存在着和冒口联通的“补缩通道”，使冒口能发挥补缩作用。顺序凝固的优点：冒口收缩作用好，可防止缩孔和缩松，铸件致密缺点：因各部分有温差，易产生热裂，凝固后补缩产生拉力变形，工艺出品率低，切割、清理工作量大。适用范围：凝固收缩大，结晶温度范围较小的合金。,同时凝固,同时凝固原则：采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间应没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此时无补缩通道。,同时凝固的优点：不易热裂，不易引起应力、变形；节省金属，工艺出品率高简化工艺，清理工作量小。同时凝固的缺点：铸件中心区域经常出现缩松，铸件不致密。,
