SEM鑄造缺陷分析ppt課件

1、平成17年度素形材技術(shù)研討會(huì)旨在制造更高品質(zhì)的鋳造品最新的鋳造品評(píng)価技術(shù)調(diào)查鋳造品缺陷的原因從試片的制作到缺陷的分析,株式會(huì)社産業(yè)黒川豊,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,1前言,2SEMEDS概説 3SEMEDS試料制作 4鋳造缺陷解析以氣孔缺陷為例，如若有時(shí)間的話，就其他缺陷作一說(shuō)明,本章節(jié)所敘述的是發(fā)生在鑄鐵件上的氣孔缺陷、夾雜物缺陷、粘砂缺陷等的鋳造缺陷，采用表面分析儀器將缺陷部位由數(shù)百倍放大到數(shù)千倍，通過(guò)調(diào)查微小部位的形狀和成分，可以了解其原因的闡述14)。在這些分析中，主要采用的是帶有能量分散型X線分析裝置的

2、電子掃描顕微鏡(SEMEDS)。在本稿中就有關(guān)采用的SEMEDS鋳造缺陷分析及其試料的制作到缺陷的解析作了說(shuō)明。再者，就有關(guān)SEMEDS操作方法，請(qǐng)參考廠家提供的手冊(cè),2.SEMEDS概要（SEM,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,2.SEMEDS概要（EDS,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,3. SEMEDS的試料制作,采用的分析試料要有代表性的最少3處以上不能有銹不能有涂料等的附著物 試料切斷不能損傷試料，要易于分析特性X線要可以檢測(cè)出來(lái) 試

3、料的清洗去掉切斷時(shí)的臟東西清洗后要十分干燥可以抽真空 試料真空鍍敷(離子涂覆)真空鍍敷時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行 分析先用低倍率看整體，之后，再提高倍率,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,分析試料采集-1,在夾砂集中的部位和渣化處 分析的地方，由于缺陷內(nèi)部不一樣，所以列舉了N數(shù),AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,分析試料采集-2,試料1:左 沒(méi)有石墨膜、右 有 試料2:沒(méi)有石墨膜 試料3：有石墨膜,分析的部位，有時(shí)缺陷內(nèi)部不一樣列舉N數(shù),AFS,America

4、n Foundry Society . 108th Casting Congress,試料清洗,刀片的成分,試料2:將試料切斷時(shí)的臟東西(刀片)通過(guò)清洗去掉 試料1:清洗時(shí)去掉試料上的銹毛刺用鑷子等去掉毛刺,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,試料真空鍍敷(離子涂覆,通過(guò)離子真空鍍敷檢測(cè)Pt和Pd。Pt的最大量是與Zn的重疊，在沒(méi)有真空鍍敷的狀態(tài)下分析。 通過(guò)提高電流，不能看到清晰的SEM圖像時(shí)，拍攝EDS分析后真空鍍敷的SEM圖像,AFS,American Foundry Society . 108th Casting

5、Congress,分析-1,檢測(cè)器的方向,不可分析部分（由于試料是凹的檢測(cè)器呈陰影不能分析,分析可能部分,分析順序 確認(rèn)缺陷的全部。 確定缺陷內(nèi)部分析的部位。注意不要使檢測(cè)器出現(xiàn)陰影。 分析。 拍攝分析部位的SEM圖像 分析其他的分析部分。 拍攝整體圖像,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,分析-2,由于試料的觀察方向的不同，形狀有時(shí)也會(huì)不一樣 最初先觀察試料的整體，再依次擴(kuò)大,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,41針孔缺陷,根據(jù)表面分析將針孔缺陷分

6、類,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷分類的要點(diǎn),缺陷形狀(樹(shù)枝狀晶體形態(tài))：由于液相或固態(tài)液態(tài)共存區(qū)域，導(dǎo)致氣泡的形狀不一樣，所以可以推測(cè)出氣泡發(fā)生的時(shí)間。 缺陷發(fā)生位置：根據(jù)和澆注的位置、方案的位置、凝固覆膜上、凝固覆膜正下方、凝固関係、砂芯面附近等缺陷生成可了解到宏觀信息。 石墨膜：由于主要在氣泡里結(jié)晶的是石墨、根據(jù)石墨的有無(wú)或石墨的量，可以推斷出氣泡的氣體和氣泡生成時(shí)間。在石墨膜上有成為氣泡核的物質(zhì)存在石墨膜也有剝落的 核：根據(jù)形成氣泡核的物質(zhì)、硫化錳、微細(xì)熔渣、氧化物等，并依據(jù)其種類和量可以推測(cè)出核的生

7、成原因。 微量元素的檢測(cè)：Al(與水蒸気的脫氧反應(yīng))、Ti(表面張力低下)、Zn(氣化)、Cu(晶粒邊界偏析元素)、其他。 氧化：根據(jù)EDS分析中的氧氣檢測(cè)，判斷金屬氧化物的存在缺陷是否是氧化反應(yīng)型試料生銹時(shí)不能判定另外，如果熔渣多的話，在熔渣中就含有氧氣 提高電流：在SEM分析中，非導(dǎo)電性物質(zhì)2次電子的反射是無(wú)規(guī)則的，沒(méi)有圖像，變成白色光澤狀態(tài)的畫像信息因此，提高電流時(shí)，圖像信息時(shí)，可以判斷缺陷內(nèi)有非導(dǎo)電性物質(zhì)是作為缺陷內(nèi)的非導(dǎo)電性物質(zhì)的話熔渣、石英砂等非金屬夾雜物 非金屬夾雜物(熔渣)：通過(guò)成分分析，了解到其發(fā)生的原因。作為例子，熔渣中如果K多的話，石英砂熔渣化。Ca多的話，就是澆包熔渣和

8、接種剤系列，根據(jù)Mn量，來(lái)判斷錳硅酸鹽熔渣的生成度等。再有，多數(shù)是石英砂濾渣片涂料等造成的,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷的機(jī)理-1（主要是亜共晶鋳鉄）物理型針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,物理型針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷機(jī)理-2（主要是亜共晶鋳鉄）氧化反應(yīng)型的針孔缺陷,B-1) Solidification film oxi

9、dation type (B-2) Residual liquid oxidation and condensation type,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,氧化反應(yīng)型針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷機(jī)理-3（主要是亜共晶鋳鉄）氧化反應(yīng)型的針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,溶解型針孔缺陷,AFS,American Foundry Soci

10、ety . 108th Casting Congress,針孔缺陷的機(jī)理-4（主要是亜共晶鋳鉄）熔渣生成型的針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,熔渣生成型的針孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-1物理型分析例子,Graphite,Nucleus,是液相發(fā)生的，由于表面張力的原因変成球狀。氣泡生成后，石墨結(jié)晶。氣泡核存在在石墨膜上,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Con

11、gress,針孔缺陷-2氧化反應(yīng)型:凝固膜氧化型的分析例子,缺陷內(nèi)部與非缺陷部的黒皮部位比較，O多。氧化物生成的自由能量低的元素偏析,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-3氧化反應(yīng)型:殘液氧化濃縮型的分析例子,Dendrite,特征是在內(nèi)部被檢測(cè)出O。 通過(guò)樹(shù)枝狀晶體結(jié)晶后的殘液的FeO，檢測(cè)出O。 檢測(cè)出氣體氣泡核（MnS）和使表面張力下降的Al，Ti,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-4溶解型：H2O分析例,在澆包干燥不十分時(shí)

12、會(huì)発生。 氣體氣泡的核（MnS） 檢測(cè)出微量的O,Dendrite,Graphite,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-5熔解型：N2分析例,冷芯盒做的砂芯面上龜裂狀的小氣孔（多數(shù)） O未檢測(cè)出 氣體氣泡的核（MnS,Graphite,Dendrite,MnS,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-6熔渣生成型：錳硅酸鹽熔渣分析例,從錳硅酸鹽系列熔渣發(fā)生氣體。 氧化Slag+CCO，CO2（g,Manganese silicate

13、slag,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔-7熔渣生成型：接種剤熔渣的分析例,Inoculant BaCa,檢測(cè)出接種剤成分（Ba，Ca）。 熔渣化,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-8熔渣生成型：球化剤熔渣分析例,Spheroidizer Mg，BaCa,檢測(cè)出球化剤成分（Mg，Ba，Ca）。 熔渣化,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,針孔缺陷-9熔渣生成型

14、：硫化錳熔渣的分析例,Manganese sulfide slag,硫化錳的熔渣化,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,42 大氣孔缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,大氣孔的缺陷-1由于殼模砂芯氣體引起的氣孔分析例,Manganese silicate slag,殼模砂芯的氣體 有條紋狀的錳硅酸鹽熔渣,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,大氣孔缺陷-2由于堿性酚醛樹(shù)脂砂芯引

15、起的氣孔分析例,堿性酚醛樹(shù)脂砂芯氣體 通過(guò)減低樹(shù)脂量來(lái)解決 變更成低樹(shù)脂高強(qiáng)度的石英砂,Dendrite,Catch of inclusion,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,大氣孔缺陷-3由于空氣巻入引起的氣孔分析例,Volume expansion,由于入水口的鐵水亂流產(chǎn)生的氣泡，由于共晶凝固時(shí)鐵水體積膨脹，氣泡変形,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,大氣孔缺陷-4由于Mg氣體引起氣孔的分析例,Mg（鐵水） Mg（氣體,大氣孔缺陷-5由于乙炔

16、氣體引起氣孔的分析例,MgC2+H2O C2H2 分析氣泡內(nèi)部氣體，檢測(cè)出乙炔氣體,Graphite,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,43 夾雜物缺陷,夾砂 夾砂和夾渣 夾渣 夾雜其他異物 接種剤，鐵豆，除渣劑，濾渣片，涂料等,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,發(fā)生夾雜物（夾砂缺陷）的機(jī)理,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,由于型砂熔渣鐵水造成的変化,Silica sand

17、,Manganese silicate slag,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物（異物夾雜,在鋳型型腔內(nèi)，放置澆包熔渣、除渣劑、接種剤種，人為地制造夾雜異物的缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷的分析例子-1（型砂,聚集起來(lái)的型砂。 在石英砂表面檢測(cè)出粘土礦物。 渣化后發(fā)生氣體,Green sand,Clay or slag,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congr

18、ess,夾雜物缺陷的分析例子-2（芯砂,一般的來(lái)說(shuō)由于芯砂沒(méi)粘有耐火度低的粘土礦物質(zhì)，所以不聚集。 平滑的石英砂表面,Core sand,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-3（夾砂和氣體,聚集的型砂。 檢測(cè)出硅砂表面有粘土礦物質(zhì)。 渣化后發(fā)生氣體。 氣體缺陷,Green sand,Pinhole,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-4（夾砂和渣滓,Dross，Slag,Silicasand,在夾砂缺陷生成後、石英砂

19、和Mg反應(yīng)、就變成附有渣滓的夾砂的缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-5（澆包熔渣,檢測(cè)出接種剤成分,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-6（球化剤,檢測(cè)出球化剤成分,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-7（陶瓷濾渣片,Al成分多 破面多孔 耐火度高,AFS,American Foundry Society . 108th

20、 Casting Congress,夾雜物缺陷分析例-8（鐵豆,Cold shot,Slag,由于 鐵豆表面氧化，熔渣在周囲生成,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,44 粘砂缺陷,A）物理的粘砂的要因 鐵水靜圧 鐵水動(dòng)圧 共晶凝固時(shí)鐵水體積膨脹 鋳型間隙 鋳型背圧 汽態(tài)浸透等,B）化學(xué)性粘砂的要因 鐵水和鋳型浸濕 低融點(diǎn)物質(zhì)的生成（鐵橄欖石等,C）物理化學(xué)性的粘砂要因 中間複合型,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷發(fā)生的機(jī)理,D.M.Ste

21、fanescu,S.R.Giese,T.S.Piwonka,A.M.Lane:AFS Trans.104(1996)1233,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷發(fā)生的機(jī)理-2,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,鐵水和鋳型的浸濕性（接觸角）的要因,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,澆注試驗(yàn)（石英砂燒結(jié)層,石英砂的SiO299.7%，燒結(jié)層量0%及92.8%，燒結(jié)層12.

22、4%的潮模砂，EPMA呈地圖狀的鑄件表面Fe和Si的界線清晰，反應(yīng)沒(méi)有發(fā)展可是，在SEM像里SiO292.8%，燒結(jié)層12.4%，石英砂內(nèi)由于看到了氣泡，所以石英砂在熔融化石英砂的SiO2是92.8%，燒結(jié)層量17.7%的潮模砂里，EPMA呈地圖狀的鑄件表面上Fe和Si的界線不清晰，這些反應(yīng)就是鐵橄欖石化或者熔體化,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷的判定概念,物理性的粘砂缺陷,化學(xué)性的粘砂缺陷,中間性的 粘砂缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Cong

23、ress,粘砂缺陷分析例1（物理性的,石英砂是非熔融石英砂與金屬的表面不重疊,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷分析例2（中間,在石英硅砂表面生成低融點(diǎn)物質(zhì)。 石英砂一部分熔融,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷分析例3（中間,粘砂部和鑄件部的界面看到有熔融石英砂,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,粘砂缺陷分析例4（化學(xué)性的,Fe-Mn-Si-O的分布呈重疊狀

24、，石英砂表面有低融點(diǎn)物質(zhì)生成,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,45 包砂缺陷,由于鋳型出現(xiàn)裂紋、共晶凝固時(shí)鐵水的體積膨脹、呈飛邊狀鐵水鉆進(jìn)鋳型,鋳型的原因 膨脹量大 高溫強(qiáng)度低 充填性高 造型時(shí)裂了 由于鋳型的熱量產(chǎn)生的保溫效果,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,共晶凝固時(shí)鐵水體積増加外面張力缺陷包砂缺陷1粘砂缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,包砂缺陷2（低融點(diǎn)物質(zhì),

25、Low melting material,低融點(diǎn)物質(zhì)生成、從這里發(fā)生包砂,Veining,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,46 裂紋缺陷,熱龜裂 在固相線附近的凝固収縮 由于硫黃的滲硫造成脆化,冷龜裂 打痕和沖擊 由于拆箱早造成収縮,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,裂紋缺陷-1熱龜裂和冷龜裂,Dendrite,冷龜裂和熱龜裂的對(duì)比,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,裂紋缺

26、陷-2由于異常元素的偏析造成裂紋,由于Cr，Cu，Al等的偏析導(dǎo)致裂紋缺陷,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,裂紋缺陷-3由于阻礙球化導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋（線狀,Spheroidal graphite,Flake graphite,由于阻礙球化導(dǎo)致裂紋發(fā)生,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,47縮孔缺陷,發(fā)生原因 由于在凝固収縮時(shí)鐵水補(bǔ)充不上，而發(fā)生,鋳型的要因 由于鋳型壁的移動(dòng)，型腔變大 由于鋳型的保溫，凝固速度慢 氣體縮孔缺陷,外縮孔，內(nèi)縮孔，內(nèi)角縮孔

27、，砂芯表面的縮孔，微觀縮松,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,縮孔缺陷-1因封閉系統(tǒng)引起的分析例子,Dendrite,肉厚中心部、縮松狀、組織疏松狀 石墨幾乎看不到。檢測(cè)出晶界偏析元素,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,縮孔缺陷-2由于封閉系統(tǒng)+砂芯氣體起因的分析例,肉厚中心部、縮松狀、氣泡狀 有石墨膜、縮孔和氣體缺陷的相互作用,Graphite,Dendrite,hexagonal,AFS,American Foundry Society . 1

28、08th Casting Congress,縮孔缺陷-3由于砂芯氣體+封閉系統(tǒng)起因的分析例,Dendrite,外縮孔 氧化,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,縮孔缺陷分析例-4異常元素偏析等在封閉系統(tǒng)里的不同的凝固収縮率,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,48 冷隔重皮缺陷,発生原因 澆注溫度低下 鐵水的動(dòng)圧不足,鋳型的原因 鋳型的通氣度不好（氣體被憋?。?鋳型的熱傳導(dǎo)性高、鐵水被急冷 先進(jìn)去的鐵水氧化 由于鋳型和鐵水的反應(yīng)形成浸濕性,AFS,American Foundry Society . 108th Casting Congress,冷隔重皮缺陷-1,Manganese silicate slag,Silica sand,重