合金铸锭(件)组织与缺陷.ppt

合金铸锭（件）的组织与缺陷 教师：宋志坤 姓名：赵泽平 学号 材料学原理 工业上应用的零部件通常由两种途径获得： 一是由合金在一定几何形状与尺寸的铸模中直接凝固而成，这称为铸件； 二是通过合金浇铸成方或圆的铸锭，然后开坯，再通过热轧或热锻，最终可能通过机加工和热处理甚至焊接来获得不见得几何尺寸和性能。 1、铸锭（件）的宏观组织 图1是铸锭的典型宏观组织示意图。它是由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三个部分组成，形成机理如下： 钢锭的三个晶区示意图 1—表层细晶区 2—柱状晶区 3—中心等轴晶区 关于中心等轴晶形成有好多不同的观点，现概括如下 （1）成分过冷 （2）熔液对流 （3）枝晶局部重熔产生籽晶 右图为液体金属铸入铸模时的对流 2、铸锭（件）的缺陷 a.缩孔 熔液浇入锭模后，与型壁接触的液体先凝固，中心部分的液体则后凝固。由于多数金属在凝固时发生体积收缩，使铸锭内形成收缩孔洞，或称缩孔。 几种缩孔形式 a.缩管 b.缩穴 c.单项收缩 d.一般疏松 e.中心疏松 铸件中的缩孔类型与金属凝固方式有密切的关系，如下图所示 a.壳状凝固 b.壳状-糊状混合凝固 c.糊状凝固 b.偏析 偏析是指化学成分的不均匀性 ①正常偏析：合金的分配系数k＜1时，先凝固的外层中溶质含量较后凝固的内层低，因此合金铸件中心所含溶质质量浓度较高的现象是凝固过程的正常现象，这种偏西就叫正常偏析。 正常偏析的程度与铸件大小、冷速快慢及结晶过程中液体的混合程度有关。 正常偏析一般难以避免，它的存在使铸件性能不良。随后的热加工和扩散退火处理也难以使它根本改善，故应在浇铸时采取适当的控制措施。 ②反偏析：反偏析与正偏析相反，即在k＜1的合金铸件中，溶质质量浓度在铸件中的分布是表层比中心高。 只有当合金在凝固时体积收缩，并在铸件中心有孔隙时才能形成反偏析。 扩大逐渐内中心等轴晶带，组织柱状晶的发展，使富集溶质的液体不易从中心排向表层，减小液体中的气体含量，都是一些控制反偏析形成的途径。 ③比重偏析：比重偏析通常产生在结晶的早期，由于初生相与熔液之间密度相差悬殊，轻者上浮，重者下沉，从而导致上下成分不均匀，这成为比重偏析。 增大铸件的冷却速度，使初生相来不及上浮或下沉；或者加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相相接近的树枝晶化合物，在结晶初期形成枝骨架，以阻挡密度小的相上午或密度大的相下沉。这都是防止或减轻比重偏析的方法。 ④胞状偏析：当成分过冷度较小时，固溶体晶体呈胞状方式生成。如果合金的分配系数k＜1，则在胞壁处将富集溶质；若k＞1，则胞壁处的溶质将贫化，这成为“胞状偏析”。 由于胞体尺寸较小，即成分波动的范围较小，因此很容易通过均匀化退火消除“胞状偏析”。 ⑤枝晶偏析：枝晶偏析是由于非平衡凝固造成的，这使先凝固的枝干和后凝固的枝干间的成分不均匀。合金通常以树枝状生长，一棵树枝晶就形成一颗晶粒，因此枝晶偏析在一个晶粒范围内也成为晶内偏析。 影响枝晶偏析程度的主要因素有：凝固速度越大，晶内偏析越严重；偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，则晶内偏析越大；凝固温度范围越宽，晶内偏析也越严重 ⑥晶界偏析：晶界偏析是由于溶质原子富集在最后凝固的境界部分而造成的。 影响晶界偏析程度的因素：溶质含量越高，偏析程度越大；非树枝晶长大使晶界偏析的程度增加，也就是说枝晶偏析可减弱晶界的偏析；结晶速度慢使溶质原子有足够的时间扩散并富集在液-固界面前沿的液相中，从而增加晶界偏析程度。 控制溶质含量，加入适当的第三种元素可以减小晶界偏析的程度。 在实际问题中所关心的是需要花多少扩散时间才能使偏析减小到某种程度，通过哪些方法可以缩短退火时间。 随着现代工艺和技术的提高，人们对合金铸锭（件）的缺陷的控制能力也越来越高，做出的部件在精度和质量上都有进一步的提升。 随着科学技术的发展和人们铸造经验的积累，现在我们通过铸造制出的零部件的质量越来越好，对其组织有了更深一层的认识，对其缺陷的控制有了更好的方法，有的精密铸造出的部件甚至可以不经打磨直接使用。 如今，人们铸造技术不断成熟的过程中，渐渐的开始注意到铸造过程中铸造效率、资源的浪费、环境的破坏等一系列问题。下面给大家介绍几个新型的铸造工艺。 (1)消失模铸造技术 消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形