第七章 铸件中的气体.ppt

第七章 铸件中的气体 7-1 概述 固溶态、化合物和气态 4.浇注过程 一、气体存在形态 二、气体的来源 2.熔炼 1.炉料 3.合金与铸型的相互作用 * 三、气体溶解度的表示方法 1.气体溶解度 在一定温度和该气体分压下，金属吸收气体的饱和浓度 2.常用表示方法 100g金属所能溶解的气体在标准状态下的体积 氢：1.0cm3/（100g）＝0.9ppm 氧：1.0cm3/（100g）＝12.5ppm 氮：1.0cm3/（100g）＝14.3ppm cm3/（100g）: 质量分数ppm： * 四、气体对铸件质量的影响 5.降低铸件的气密性 1.减少铸件的有效工作面 2.产生应力集中，成裂纹源 3.降低铸件的强度和塑性 4.降低铸件的疲劳强度 * 7-2 气体在金属中的溶解与析出 一、金属的吸气过程 气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为原子，并吸附在金 属表面上，经扩散进入金属内部，最后，已溶解的气体原子在金 属内均匀化。 二、单质气体在金属中的溶解 影响溶解度的主要因素 温度和气体压力 金属蒸汽压 合金成分 定义： * 1.温度和气体压力的影响 H对Fe、Cu、Al、Mg、Ni、Cr、Co等是吸热，N对α-Fe以及后续 金属也是吸热 氢对Ti、V、Zr、Pd、Th等金属溶解是放热 1）T定值，p增大；S增大 2）p定值，T变化 T增大，吸热（△Ｈ＞０）S增大 a.无相变 T增大，放热（△Ｈ＜０）S减小 b.有相变 相变前后，S变化规律跟无相变相同；升温到T0相变，S徒然增大 局限性：金属液温度接近沸点时，其溶解度逐渐降低，在沸点时， 气体的溶解度为零。 * 2.金属蒸汽压的影响 蒸汽压大，金属易挥发， 如Mg，Zn等； 蒸汽压小，金属难挥发， 如Fe-C、Cu等 气体在金属中的溶解度随金属蒸汽压的升高而降低 * 3.合金成分的影响 1）对活度及活度系数的影响 增大氢、氮活度系数的元素，都使合金液中氢、氮的溶解度减少。 * * * 2）形成化合物 与金属生成稳定化合物，不溶金属，失去吸气能力，溶解度降低 与气体生成稳定化合物，溶于金属，溶解度增大 3）元素对表面膜的影响 元素使表面膜疏松——吸气加快 Mg，Na，Ca加入到Al合金 元素使表面膜致密——吸气减慢 Be加入到Al－Mg合金 * 4）合金液与蒸汽接触作用 金属脱氧能力强，从蒸汽中还原氢原子，溶解，增加吸气 如：铁液中的微量铝，能起到增氢 5）提高合金的蒸汽压 如：镁在铁液中易挥发，提高铁水的蒸汽压，降低气体溶解度 * 三、复合气体在金属中的溶解 复合气体：CO,CO2,H2O,NH3,SO2 特点：组元彼此相关 温度一定，氢的饱浓度随分压增大而增大，随氧含量的增加而 减少。 * 四、气体的析出 析出形式 扩散逸出 与金属内的某些元素形成化合物（夹杂排除） 以气泡形式从金属液中逸出 1.扩散逸出 吸热： 温度下降越低，气体析出分压力越大，溶解的气体越处于 饱和状态，气体越易向外扩散。 * 2.以气泡形式从金属液中析出 析出过程 生核 长大 上浮 1）生核 前提条件： 溶解气体过饱和 自发形核几率极小 a.自发形核 * b.非自发形核 为任意值， 越大，越容易形核。 问题： 在枝晶何处容易生核？ 一定， 越大，越容易生核 * 2）长大 长大条件： * 3）上浮 a.气泡脱离衬底的能力主要取决于相间界面张力 * 1.接触角小于90度，气泡容易逸出；大于90度，由于形成细颈需要 时间，当结晶速度大于气泡脱离速度时，容易形成气孔。 2.凡能减小液气和液固两项表面张力以及增大固气表面张力的因素，都有利于气泡脱离衬底，向外析出。 结论： 3.固液界面推进速度小，气泡可以有充分的时间排出 * 7-3 析出性气孔 一、特征 a.析出性气孔定义： 金属液凝固过程中，因过饱和气体溶解度下降析出气体、形成气泡未能排除而形成的气孔。 b.特征： 氢气孔和氮气孔。 铝合金铸件，铸钢铸件 断面上均匀分布，最后凝固部位、热节及冒口附近中心最为密集。 1.分布： 2.形状： 团球状、多角状、断续裂纹状和混合形 3.气孔种类： 4.铸件材质 * 二、析出性气孔的形成 1.析出性气孔的形成机理 溶质再分配理论 * * 析出性气孔的形成机理： 合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在 固－液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时， 产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡， 保留在铸件中成为析出性气孔。 2.产生析出性气孔倾向性的判断 1）析出性气孔的判据 或 气孔判据的物理意义： 稳定生长时凝固界面上液相的气体浓度比原始气体浓度所增加 的倍数。 当稳定生长时： * 2）以临界过饱和浓度判断 跟铸造条件有关，由试验确定 金属型铸造临界过饱和浓度值比砂型铸造的大