鑄件中的氣體

鑄件中的氣體三、氣體溶解度的表示方法1.氣體溶解度在一定溫度和該氣體分壓下，金屬吸收氣體的飽和濃度2.常用表示方法100g金屬所能溶解的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積氫：1.0cm3/（100g）＝0.9ppm氧：1.0cm3/（100g）＝12.5ppm氮：1.0cm3/（100g）＝14.3ppmcm3/（100g）:質(zhì)量分?jǐn)?shù)ppm：第2頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、氣體對(duì)鑄件質(zhì)量的影響5.降低鑄件的氣密性1.減少鑄件的有效工作面2.產(chǎn)生應(yīng)力集中，成裂紋源3.降低鑄件的強(qiáng)度和塑性4.降低鑄件的疲勞強(qiáng)度第3頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天7-2氣體在金屬中的溶解與析出一、金屬的吸氣過(guò)程氣體分子撞擊金屬表面，某些氣體分子離解為原子，并吸附在金屬表面上，經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入金屬內(nèi)部，最后，已溶解的氣體原子在金屬內(nèi)均勻化。二、單質(zhì)氣體在金屬中的溶解影響溶解度的主要因素溫度和氣體壓力金屬蒸汽壓合金成分定義：第4頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.溫度和氣體壓力的影響H對(duì)Fe、Cu、Al、Mg、Ni、Cr、Co等是吸熱，N對(duì)α-Fe以及后續(xù)金屬也是吸熱氫對(duì)Ti、V、Zr、Pd、Th等金屬溶解是放熱1）T定值，p增大；S增大2）p定值，T變化T增大，吸熱（△Ｈ＞０）S增大a.無(wú)相變T增大，放熱（△Ｈ＜０）S減小b.有相變相變前后，S變化規(guī)律跟無(wú)相變相同；升溫到T0相變，S徒然增大局限性：金屬液溫度接近沸點(diǎn)時(shí)，其溶解度逐漸降低，在沸點(diǎn)時(shí)，氣體的溶解度為零。第5頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.金屬蒸汽壓的影響蒸汽壓大，金屬易揮發(fā)，如Mg，Zn等；蒸汽壓小，金屬難揮發(fā)，如Fe-C、Cu等氣體在金屬中的溶解度隨金屬蒸汽壓的升高而降低第6頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.合金成分的影響1）對(duì)活度及活度系數(shù)的影響增大氫、氮活度系數(shù)的元素，都使合金液中氫、氮的溶解度減少。第7頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天第8頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天第9頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）形成化合物與金屬生成穩(wěn)定化合物，不溶金屬，失去吸氣能力，溶解度降低與氣體生成穩(wěn)定化合物，溶于金屬，溶解度增大3）元素對(duì)表面膜的影響元素使表面膜疏松——吸氣加快Mg，Na，Ca加入到Al合金元素使表面膜致密——吸氣減慢Be加入到Al－Mg合金第10頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）合金液與蒸汽接觸作用金屬脫氧能力強(qiáng)，從蒸汽中還原氫原子，溶解，增加吸氣如：鐵液中的微量鋁，能起到增氫5）提高合金的蒸汽壓如：鎂在鐵液中易揮發(fā)，提高鐵水的蒸汽壓，降低氣體溶解度第11頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、復(fù)合氣體在金屬中的溶解復(fù)合氣體：CO,CO2,H2O,NH3,SO2特點(diǎn)：組元彼此相關(guān)溫度一定，氫的飽濃度隨分壓增大而增大，隨氧含量的增加而減少。第12頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、氣體的析出析出形式擴(kuò)散逸出與金屬內(nèi)的某些元素形成化合物（夾雜排除）以氣泡形式從金屬液中逸出1.擴(kuò)散逸出吸熱：溫度下降越低，氣體析出分壓力越大，溶解的氣體越處于飽和狀態(tài)，氣體越易向外擴(kuò)散。第13頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.以氣泡形式從金屬液中析出析出過(guò)程生核長(zhǎng)大上浮1）生核前提條件：溶解氣體過(guò)飽和自發(fā)形核幾率極小a.自發(fā)形核第14頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天b.非自發(fā)形核為任意值，越大，越容易形核。問(wèn)題：在枝晶何處容易生核？一定，越大，越容易生核第15頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）長(zhǎng)大長(zhǎng)大條件：第16頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）上浮a.氣泡脫離襯底的能力主要取決于相間界面張力第17頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.接觸角小于90度，氣泡容易逸出；大于90度，由于形成細(xì)頸需要時(shí)間，當(dāng)結(jié)晶速度大于氣泡脫離速度時(shí)，容易形成氣孔。2.凡能減小液氣和液固兩項(xiàng)表面張力以及增大固氣表面張力的因素，都有利于氣泡脫離襯底，向外析出。結(jié)論：3.固液界面推進(jìn)速度小，氣泡可以有充分的時(shí)間排出第18頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天7-3析出性氣孔一、特征a.析出性氣孔定義：金屬液凝固過(guò)程中，因過(guò)飽和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。b.特征：氫氣孔和氮?dú)饪?。鋁合金鑄件，鑄鋼鑄件斷面上均勻分布，最后凝固部位、熱節(jié)及冒口附近中心最為密集。1.分布：2.形狀：團(tuán)球狀、多角狀、斷續(xù)裂紋狀和混合形3.氣孔種類：4.鑄件材質(zhì)第19頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、析出性氣孔的形成1.析出性氣孔的形成機(jī)理溶質(zhì)再分配理論第20頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天第21頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天析出性氣孔的形成機(jī)理：合金凝固時(shí)，氣體溶解度急劇下降，由于溶質(zhì)的再分配，在固－液界面前的液相中氣體溶質(zhì)富集，當(dāng)其濃度過(guò)飽和時(shí)，產(chǎn)生很大的析出動(dòng)力，在現(xiàn)成的襯底上氣體析出，形成氣泡，保留在鑄件中成為析出性氣孔。2.產(chǎn)生析出性氣孔傾向性的判斷1）析出性氣孔的判據(jù)或氣孔判據(jù)的物理意義：穩(wěn)定生長(zhǎng)時(shí)凝固界面上液相的氣體濃度比原始?xì)怏w濃度所增加的倍數(shù)。當(dāng)穩(wěn)定生長(zhǎng)時(shí)：第22頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）以臨界過(guò)飽和濃度判斷跟鑄造條件有關(guān)，由試驗(yàn)確定金屬型鑄造臨界過(guò)飽和濃度值比砂型鑄造的大第23頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、影響析出性氣孔的主要因素1）合金原始含氣量2）合金成分3）氣體的性質(zhì)4）外界壓力5）鑄件的凝固方式逐層凝固體積凝固第24頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、防止析出性氣孔的途徑1.減少金屬液的原始含氣量a.減少氣體的來(lái)源b.控制好熔煉溫度c.真空熔煉2.除氣處理a.浮游去氣b.真空去氣c.氧化去氣d.冷凝去氣3.阻止氣體析出提高鑄件的冷卻速度提高金屬凝固時(shí)的外壓e.精煉去氣第25頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天7-4反應(yīng)性氣孔一、特征a.反應(yīng)性氣孔的定義：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(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔。b.特征：分布在皮下1-3mm；球狀、梨狀、多呈長(zhǎng)條狀垂直于鑄件表面；表面光滑，呈銀白色或金屬亮色c.金屬與鑄型之間的反應(yīng)氣孔d.金屬內(nèi)部的反應(yīng)氣孔蜂窩狀、分布均勻第26頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、金屬與鑄型間的反應(yīng)性氣孔（皮下氣孔）氫氣、氮?dú)夂鸵谎趸汲Ｒ姎饪祝?.氫氣孔a.置換元素置換Fe－C合金置換元素：C、Si、Mn、Al等1）氫氣的來(lái)源b.鑄型或?qū)嵭突衔锏姆纸庹辰Y(jié)劑、實(shí)型鑄造2）氫氣的生核a.溶質(zhì)的再分配，凝固前沿液相富集氫，形成過(guò)飽和濃度區(qū)；依附某些氧化物或固相質(zhì)點(diǎn)形核；隨著凝固前沿的推移，氣泡沿枝晶間長(zhǎng)大。第27頁(yè),共28頁(yè)，2024年2月25日，星期天b）氫氣以CO或以蒸汽為核心3