缩孔与缩松

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1、缩孔与缩松杨群收 汇编铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸 件最后凝固的部位出现孔，称为缩孔。容积大而集中的孔称为集中缩 孔，或简称缩孔；细小而分散的孔称为分散性缩孔，简称缩松，缩松 的形状不规则、表面不光滑，可以看到发达的树枝晶末梢，有时呈氧 化现象发青，可以和气孔区别开来。在铸件中存在任何形态的缩孔都会由它们而减少受力的有效面 积，以及在缩孔处产生应力集中现象，而使铸件的机械性能显著降低。 因此，缩孔是铸件的重要缺陷之一，必须设法防止。一、产生缩孔缩松的因素缩孔形成的因素和过程是很复杂的，各种合金产生缩孔的过程及 缩孔量的大小也各不相同，必须说明铸件的缩孔体积和合金的总

2、的收 缩（即液态收缩，凝固收缩和固态收缩之和）并不是同等的概念，但 是这三个阶段的收缩对缩孔却能产生影响。要研究如何解决缩孔问题，必须了解两个问题，一、合金的凝固 特性和凝固收缩过程。以铸铁为例，其凝固特性逐层凝固，其总的收 缩过程即液态收缩、凝固态收缩（与石墨膨胀共存）和固态收缩。二、 决定铸铁收缩的影响因素主要是三个方面；即浇注温度，石墨析出量 （ 化 学 成 分 及 冷 却 方 法 ） 和 铸 型 刚 度 （ 型 壁 移 动 ）。勺沁. .利:沖丿:仁/严fM上I I 1M.I I DI l.ij1. JJi： 0=：厅1对以上专业词语，结合图形作简单通俗说明，从理论概念上知道 一些。液

3、态收缩：从浇注温度到开始结晶。（冒口起补缩作用）凝固态收缩：从开始结晶到完全成固态，在这个阶段里存在液态, 枝晶状亚固态，石墨生成。（工艺措施及压力起补偿作用）以上两个阶段是合金的体收缩阶段，在这两个阶段里要防止铸件 的缩孔，主要靠冒口，冒口高度，浇注方法及工艺上的措施。固态收缩：从完全凝固成固态，到室温阶段的收缩，在 这个阶段的收缩是 线 收缩（靠制作模型时放的缩尺，来弥 补线收缩时铸件几何尺寸的减少）。固态收缩对铸件的缩孔 一般影响不大，但是在降温线收缩过程中， 往四周拉扯的 应力也可使缩孔增大些。铸铁的缩孔量也可以下式表示： 缩孔量(%)=液态收缩+凝固态收缩+固态收缩-石墨膨胀 对于缩

4、孔的形成，金属的液态收缩和凝固态收缩远大于固 态收缩。固态收缩对于缩孔来说，只是在原来已成的孔型上， 扩大一点罢啦。影响铸铁件收缩的三个因素：1. 浇注温度：从图上我们看出，在液相线以上，过热温 度越高，冷却时间越长，体积收缩越严重，形成缩孔的几率 越大，浇注温度主要影响到液态收缩的大小。2. 石墨析出量：影响到石墨析出量的有两个因素：化 学成分，铸铁的碳当量(CE=C+l/3Si) %直接影响石墨析出 的数量，在CE4.3%时为共晶铸铁，在这个阶段里，铁水 的CE越接近共晶成分，石墨析出的量越多，冷却速度的 影响，冷却速度的不同直接影响到石墨的析出量，同样的铁 水成分由于冷却速度的不同，将形

5、成白口、麻口、灰口不同 组织，并对应有不同的收缩量。例如三角试片，是一个简单 的铸件，生产中利用由它结构造成的不同冷却速度，而形成 白口宽度来预报和控制铁水的化学成分，孕育剂加入量和孕 育效果，这在铸件工艺上也是一个启示。具体就铸件的冷却 速度来说，主要与铸件的壁厚差别大小，以及芯子的多少， 湿型与干型，砂型的含水量有关。3. 铸型刚度：通常也称铸型壁移动，铸型刚度对缩孔的 影响，一是反映在铁水的高压力和气体膨胀的高压之下，铸 件壁外移，型腔扩大。二是反映在凝固阶段石墨析出而产生 的石墨膨胀现象。如果铸件刚度高，石墨晶粒核伴随着铁水 的凝固收缩，也同时在长大而膨胀，如果工艺上采用合理措 施，不

6、但不会使缩孔增大，甚至会有产生的石墨膨胀而消除 缩孔。反之形成的缩孔，在四周降温收缩过程中可能会被拉 大，铸件晶粒将会相对粗大。我们常见到用金属型生产灰铁 或球铁时，不设补缩冒口，就是利用了这个原理。 凝固特性，各种合金的凝固特性不同，形成缩孔 （缩松）的位置各不相同。（图） 铸件中产生集中缩孔的基本条件，是凝固温度范围 （开始结晶到生成固体）不大的液态金属在铸型内顺序凝 固（灰铁的共晶凝固温度范围约llc）,缩孔体积向下逐 渐减小（如图A）,即在整个铸件截面上，与铸型接触的 地方先行凝固，中心部位最后凝固，而最后凝固的地方未 能获得足够的液体金属来补充。缩孔就集中产生在最后凝 固的地方，灰铁

7、的凝固特性趋向于顺序凝固（逐层凝固） 当铸件的结晶，是在整个截面上或截面的大部分上， 几乎是同时进行的，称为同时凝固，也称作“糊状凝固”。 它的凝固特性是凝固区域宽（球铁的共晶凝固温度范围约31C）,在液固两相共存的“糊状区”内，不定点不定处 的产生树枝状结晶，由于这种先生成结晶的表面张力比金 属液的表面张力稍大，所以铁水被树枝晶分割成许多小熔 池，补缩金属液在枝晶间，共晶团群间细小栅格孔道中的 过滤流动，流经迂回曲折，流动阻力大，补缩困难，而形 成缩松（图B）。球铁，高铬铸铁的凝固特性就趋向于同 时凝固（糊状凝固）。凹角缩孔多呈梨形或蠕虫状，常常是孤立存在，露头 与大气相通，清砂后即可发现，

8、孔内表面较光滑，而气孔 往往不是孤立存在的，也不一定露头，因为其形成的时间 比缩孔早。形成的机理：液体金属浇入铸型后，由于铸型和型芯 的激冷作用，铸件表面形成一层薄壳。砂尖角处的型（芯） 砂被液体液体金属过热，而且散热条件不好，此处铸件凝 固较慢。当其凝固时出现缩孔，孔中气体压力小于大气压 力，此时在外部大气压力和发气压力的作用下，把薄壳压 穿，气体进入缩孔中，挤压缩孔中的未凝固的液体，形成 光滑的孔洞。“尖角气体”形成的机理差不多，在防子的措施方面；适当加大内角半径，改善散热条件，提高散热条件， 适当降低浇注。还有一种缩孔需要单独说明：就铸铁而言是由于液态收缩和凝固收缩以及气体压力联合作用而

9、产生的，这种缺 陷多出现在铸件壁的内角处，浇冒口与铸件相接处，散热 条件差的部位（如图），所以把这种缩孔称作“凹角缩孔” 又称作“气缩孔”但是，铸件中的“气缩孔”与铸钢中的“气缩孔”虽 然名称相同，但是形成的机理不尽相同，二者需要区别开 来，就解决一个“气”因素来说，铸钢采用的具体措施是 对钢液进行充气脱氧，而铸铁采用的措施是提高型砂的透 气性和降低型砂的发气量。凹角缩孔在高牌号的灰铁铸件中常出现。凹角缩孔（气缩孔）形成的机理与“气孔”缺陷分析 中的“尖角气体”形成的机理差不多，在防止的措施方面： 适当加大内角半径，改善散热条件，提高散热条件，适当降低浇注温度。有资料介绍浇注温度低于1340

10、C 可有效防止灰铸铁的凹角缩孔。产生缩孔缩松的因素很多，而且由于铸件中的材质不 同，产生缩孔缩松的综合因素也各不相同，需要说明一个 问题，灰铸铁能产生缩孔缩松的因素，也同样是对球铁， 合金铸铁，铸钢等产生缩孔、缩松的因素，但是后者产生 缩孔缩松的因素比灰铁还要多。二、产生缩孔缩松的工艺操作原因1. 铸件结构设计不合理：如断面厚度有突变，厚与薄得 差距大，铁水有局部集聚的现象。2. 浇注系统设计不合理：冒口设置直径太细，高度低， 所产生的静动压力不够，起不到补充作用，浇口和冒口的形 状及放置的位置不合乎顺序凝固的原则。3. 铁水化学成分不合格：如促进收缩的元素 Mn、S、Cr 等成分的含量太高，

11、而阻止收缩促进石墨化的元素 C、Si 含 量太低，P虽是促使石墨化的元素，但由于它的熔点低当金 属开始结晶凝固时，它还是液体，当它开始凝固时，其他部 位已成固体而无法补充，所以含量高时而产生细微缩松。4. 浇注温度太高，以致使铁水的收缩量增大，原设置的 冒口补充不够，造成铸件的缩坑或缩孔，浇注温度太低以致 使冒口凝固太快而失去补缩作用，造成铸件的微观缩孔或缩 松，与其他形成原因不同之处是飞边毛刺薄而尖。5. 冷铁的大小、放置的位置和数量的不合适：冷铁没有 放到垫防点上，或冷铁大小没有起到激冷作用。6. 浇注速度不合适：一般情况下要求浇注方法是先快后 慢，先粗后细。有的铸铁还要求浇满后稍停一会，

12、再用高温 铁水点补冒口。7. 铸型紧实度低、刚度低或锁箱不紧，压箱铁太少，在 石墨膨胀过程中，由于铸型的璧移动或将上箱顶起，都有可 能使本应组织细密的铸件而产生缩松。三、防止铸件缩孔缩松的措施 防止缩孔缩松缺陷的基本措施是选着合适的合金成分 和制定正确的铸造工艺，其具体方法如下：1. 合理设计铸件的结构，应尽可能使铸件壁厚均匀一致， 减少金属液的过分聚集造成大的垫节。对于铸件壁厚薄连接 处的内（外）角，适当加大圆弧半径，改善散热条件。2. 合理的设置浇冒口：根据铸件的服役要求，几何形状， 达到均衡凝固或顺序凝固的原则。均衡凝固和顺序凝固的不 同之处在于前者不强调冒口晚于铸件凝固，而后者必须晚于

13、 铸件凝固，通常情况下冒口应设置在靠近铸件垫节，壁厚部 等最后凝固的地方，并要求冒口有足够的直径和高度，以达 到把缩孔集中到冒口里的目的，但是还要注意到冒口对铸件 垫的干扰的副作用，反而加大了热节点，也就是说冒口应接 近热节点，而不能放置在热节点上。图为防止出现这个问题，应在靠近冒口处铸件的下面或侧 面安放冷铁，如图 B 所示。3. 合理的应用冷铁和补贴，两者多与冒口配合使用，造 成良好的顺序凝固条件。4. 根据铸件的大小，厚薄，芯子的复杂情况正确选着浇 注温度，浇注温度过高，凝固时间越长，铸件体收缩越大， 缩孔越大。浇注温度过低，冒口往往失去补缩作用而出现缩 孔或缩松，另外除合理控制浇注温度

14、之外，还应根据铸件形 状的不同加设冒口杯。当铸型浇满后堵上浇口从冒口杯中点 补铁水，稍时再捣破冒口结壳（以防壳下真空），提高空气 对铁水的压力（利用空气压力使铁水下沉），并量新点补垫 铁水。以上作业旨在提高铁水静压力，使金属组织致密，另 外使收缩的金属液得到充分的铁水补充，以防铸件出现缩孔 缩松。5. 控制浇注速度，正常采用先快后慢的浇注方法，先快 是保证良好的充型效果（动压力），后慢（静压力）旨在使 金属液的镇静和充实。6. 内浇口从铸件厚处引入，尽量先通过冒口（也称作热 冒口），保证顺序凝固。7.选着合适的化学成分，主要是碳当量CE=C+l/3（Si+P）,对缩孔缩松的影响。碳当量越高，石

15、墨析出越多, 石墨化膨胀量越大，当铸型刚性足够大时，自补缩作用越强， 产生缩孔缩松的倾向减小。具体的说，也就是在保证铸件材 质的要求下，选择较高的 C、Si 含量和较低的 Mn、S 含量， 严格控制 Cr、V 等反石墨化元素的含量。8. 为了最大限度的提高石墨化膨胀的利用强度，要求铸 型有一定的刚硬度，上下箱卡紧或有足够重量的压铁，上下 箱卡子不应过早松掉（举用钢板尺插入上下两箱间的例子）9. 对于有些潮模件，在围箱完毕后，可以使用喷灯烘烤 浇冒口，一可将此处的浮砂吹去，避免浇注冲砂。二可提高 其保温能力，使铁水尽可能长时间的保持液态状态，发挥充 分的补缩作用。（图）存在的问题及解决的办法 铸件单边厚梁应该用冷铁，原来用而现在未用。 浇注温度高或浇注方法不正确。原来浇注温度低，中 间毂处有气孔（加工法）。我以为原来产生气孔的原因不是 因浇注温度低，而是因为轮毂上没有设排气冒口，仅扎气眼 是不行的。 可能没有三个冒口同时均匀点补，如果只从一个冒口 点补垫铁水，就有可能形成局部热量集中的热阶点。