鑄造凝固中的氣體與氣孔分解課件

1、第二節(jié) 鑄件中的氣體第1頁，共20頁。 一、概論常見氣體在鑄件中的存在形式氣體的來源氣體溶解度的表示方法氣體對鑄件質量的影響第2頁，共20頁。（一）常見氣體在鑄件中的存在形式固溶體： H溶解于各種合金中； N 鑄鋼 鑄鐵有一定溶解度 ?；衔铮篛與許多元素化合，以化合物形成存在于合金中。 氣態(tài)：H2 N2 CO CO2 等第3頁，共20頁。（二）氣體的來源熔煉過程：金屬液與爐氣接觸-吸氣的主要途徑； 爐料不干凈：導致爐氣中H2O H2 SO2含量增加； 合金液與鑄型相互作用工藝因素：澆注系統(tǒng)設計不當，鑄型透氣性澆注速度等，澆注過程中空氣卷入。 第4頁，共20頁。（三）氣體溶解度的表示方法 氣體

2、溶解度常用100g金屬所能溶解的氣體在標準狀態(tài)下的體積表示，即cm3/(100g)，或用質量分數(shù)：百萬分之一，即ppm。第5頁，共20頁。（四）氣體對鑄件質量的影響氣孔：氣孔常見缺陷：減小鑄件的有效工作面，產(chǎn)生應力集中，成為零件的裂紋源，降低強度、塑性。 不規(guī)則形狀的氣孔：增加敏感性，降低鑄件的疲勞強度； 彌散型氣孔：組織疏松，降低鑄件氣密性。固溶體：O N ， 銅，鋼中的H使合金變脆（細化裂紋） 液態(tài)金屬中溶解的氣體：流動性變差 析出壓力影響補縮第6頁，共20頁。（一）金屬的吸氣過程吸附階段：氣體分子撞擊金屬表面，某些氣體分子離解為原子，并吸附在金屬表面擴散階段：氣體原子經(jīng)擴散進入金屬內(nèi)部，

3、在金屬內(nèi)均勻化金屬溫度越高，氣體與金屬接觸的時間愈長，吸收的氣體就愈多。二、氣體在金屬中的溶解與析出第7頁，共20頁。（二）氣體在金屬中的溶解影響單質氣體溶解度的主要因素：氣體中該氣體的氣壓、溫度、合金的化學成分 溫度和壓力的影響：不考慮金屬蒸汽壓時：S：氣體溶解度 R： 氣體常數(shù) P：與液相平衡的氣體中氣體分壓 T：熱力學溫度 H：氣體 溶解熱 K0：系數(shù) 第8頁，共20頁。2、合金成分的影響：（1）合金成分影響氣體的活度系數(shù)，從而影響其溶解度。凡是增加H N活度系數(shù)的元素，都使合金液中H N的溶解度減小，反之亦然。（2）生成化合物的情況 與金屬化合生成穩(wěn)定的化合物，又不溶于 該金屬，形成化

4、合物的這部分金屬原子失去吸氣能力，氣體溶解度降低。 元素與氣體化合，生成的化合物又溶解于金屬液中，使溶解度增加。（3）合金對金屬表面膜的影響 Al合金中：Mg Na Ca等，使合金液表面膜疏松，吸氣快 Al-Mg：Be 使合金液表示膜致密，吸氣慢。（4）脫氧能力強的元素使水蒸氣還原出氧原子，并溶解于合金液中，增加吸氣量。第9頁，共20頁。（三）氣體的析出氣體析出的三種形式：擴散逸出與金屬內(nèi)的某元素形成化合物（夾雜物）以氣泡形式從金屬液逸出第10頁，共20頁。擴散逸出 金屬T T(T0時（溶解吸熱），T越低，P越大，氣體越易向外界擴散。如果減少金屬外部的氣體壓力（真空鑄造）P，金屬液中氣體不斷析

5、出。注意：氣體以擴散方式析出，只有在非常緩慢冷卻的條件下才能充分進行，實際生產(chǎn)條件下往往難以實現(xiàn)。 第11頁，共20頁。以氣泡形式從金屬液中析出： 氣泡生核；氣泡的長大 ；氣泡的上浮 氣泡脫離襯底表面示意圖1襯底2液體第12頁，共20頁。定義：金屬液凝固過程中，因氣體溶解度下降析出氣體，形成氣泡未能排除而形成的氣孔，稱為析出性氣孔。 2、分布：鑄件斷面上大面積均勻分布，而在鑄件最后凝固部位，冒口附近，熱節(jié)中心部分最為密集。 3、形狀：團球形；多角形；斷續(xù)裂紋狀；混合形。析出性氣孔常發(fā)生在同一爐或同一包澆注的全部或大多數(shù)鑄件中。 三、析出性氣孔第13頁，共20頁。析出性氣孔的形成 析出性氣孔的形

6、成機理 （1）金屬凝固時，氣體溶解度急劇下降。（2）凝固過程中液相，固相中氣體溶質的濃度分布：可認為：液相中氣體溶質只存在有限擴散，無對流，攪拌，而固相中氣體溶質的擴散可忽略不計。即使金屬中氣體原始濃度C0小于飽和濃度，由于金屬凝固時存在溶質再分配，在某時刻，凝固過程中固液界面處液相中所富含的氣體溶質將大于飽和濃度，而析出氣體。 第14頁，共20頁。2、影響析出性氣孔的主要因素 （1）合金液原始含氣量 ： C0上升，且固態(tài)、液態(tài)中氣體溶解度差值越大，凝固前沿實集氣體多，易形成氣孔。（2）合金成分：收縮量大，結晶溫度范圍寬的合金易產(chǎn)生析出性氣孔，且影響原始含氣量。（3）氣體性質：氫比氧易析出且擴

7、散速度快，氫比氧容易形成析出性氣孔。（4）外界壓力：P0越小，越易產(chǎn)生析出性氣孔。（5）鑄件的凝固方式：逐層凝固方式， P0較大，不易析出易于上浮；體積凝固方式，枝晶間液體封閉，產(chǎn)生析出性氣孔可能性大； 第15頁，共20頁。3、防止析出性氣孔的途徑 :減少金屬液的原始含氣量減少各種氣體的來源 爐料要干凈 ；附加物，孕育劑等使用等預熱； 爐襯，澆包烘干；控制型砂，芯砂的水分； 限制有機粘結劑用量；控制熔煉溫度金屬溫度過高易吸氣。采用真空熔煉，或熔煉時金屬液表示覆蓋。 對金屬液除氣處理 阻止氣體析出提高鑄件冷卻速度，如鋁合金采用金屬型。提高金屬凝固時的外壓：在壓縮空氣中凝固。 第16頁，共20頁。

8、定義：金屬液與鑄型之間，金屬與熔渣之間或金屬液內(nèi)部某些元素，化合物之間發(fā)生化學反應能產(chǎn)生的氣孔，稱反應性氣孔。金屬與鑄型間反應性氣孔：皮下13mm， 又稱皮下氣孔。形狀：球狀，梨形，長條形。 金屬內(nèi)部組元之間或組元與非金屬夾雜物反應生成的氣孔 。 蜂窩狀，梨狀或團球狀，分布均勻 四、反應性氣孔第17頁，共20頁。金屬與鑄型間的反應性氣孔（皮下氣孔） 1.氫氣孔（鑄鐵中） 2.CO氣體 3.氮氣孔 4.形成皮下氣孔的共同特點： 鑄型水分高，透氣性差，采用含氮高的樹脂砂 原始含氣量C0高，鋼水脫氮不良中等壁厚的鑄件 合金中含易氧化成成分 熔點高的合金；澆注溫度高皮下氣孔形狀第18頁，共20頁。金屬液內(nèi)反應性氣孔1、渣氣孔： 金屬液與熔渣相互作用生成的渣氣孔 2、金屬液中元素間反應性氣孔（溶解在金屬中）： 碳氧反應性氣孔 氫氧反應中產(chǎn)生氣孔 碳氧反應性氣孔 第19頁，共20頁。1. 合金