《第二节气孔与夹杂ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二节气孔与夹杂ppt课件（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理 气体在金属中的含量超越其溶解度，或侵入的气气体在金属中的含量超越其溶解度，或侵入的气体不被金属溶解时，会以分子形状的气泡存在于液体不被金属溶解时，会以分子形状的气泡存在于液态金属中。假设凝固前气泡来不及排除，就会在金态金属中。假设凝固前气泡来不及排除，就会在金属内构成孔洞。这种因气体分子聚集而产生的孔洞属内构成孔洞。这种因气体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。称为气孔。 气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔的存气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔的存在不仅减小金属的有效承载面积，而且使部分呵斥在不仅减
2、小金属的有效承载面积，而且使部分呵斥应力集中，成为零件断裂的裂纹源。一些外形不规应力集中，成为零件断裂的裂纹源。一些外形不规那么的气孔，那么会添加缺口的敏感性，使金属的那么的气孔，那么会添加缺口的敏感性，使金属的强度下降和抗疲劳才干降低。强度下降和抗疲劳才干降低。第二节第二节 气孔与夹杂气孔与夹杂青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、气孔的分类及构成机理一、气孔的分类及构成机理二、夹杂物的构成及防止措施二、夹杂物的构成及防止措施青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理一、气孔的分类及构
3、成机理一、气孔的分类及构成机理 析出性气孔析出性气孔 侵入性气孔侵入性气孔 反响性气孔反响性气孔 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理1、析出性气孔、析出性气孔 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。 溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现偏析。普通最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于偏析。普
4、通最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度也很高，便为析出性气体的形核发明了有利条件。也很高，便为析出性气体的形核发明了有利条件。 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理高温下溶解在液态金属中高温下溶解在液态金属中气体元素的析出方式有：气体元素的析出方式有：分散析出；分散析出；构成化合物析出；构成化合物析出；聚集成气泡析出。聚集成气泡析出。 后者析出过程为：后者析出过程为： 形形 核核 长长 大大 上上 浮浮图图11-11 气泡脱离现成外表表示图气泡脱离现成外
5、表表示图a90 b90b)气泡气泡气泡气泡a)气泡依靠于现成外表生核可以降低形核功，气泡依靠于现成外表生核可以降低形核功，相邻枝晶间的凹陷部位最容易形核。相邻枝晶间的凹陷部位最容易形核。气泡内各气体分压的总和大于气泡所受的外气泡内各气体分压的总和大于气泡所受的外部压力总和时气泡才干长大。气泡尺寸越小，部压力总和时气泡才干长大。气泡尺寸越小，由外表张力所产生的附加压力越大。由外表张力所产生的附加压力越大。气泡的半径越小，或液态金属的密度越小、粘度越气泡的半径越小，或液态金属的密度越小、粘度越大，气泡上浮速度越小。假设气泡上浮速度小于结大，气泡上浮速度越小。假设气泡上浮速度小于结晶速度，气泡就会滞
6、留在凝固金属中构成气孔。晶速度，气泡就会滞留在凝固金属中构成气孔。气体的析出过程气体的析出过程青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理析出性气孔的特征析出性气孔的特征 析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角外形；温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角外形；而含气量较多时，气孔较大，呈团球形。而含气量较多时，气孔较大，呈团球形。焊缝金属产生的析出性气孔多数出如今焊缝外表。氢气孔的断面外形好像螺钉状，从焊缝外表上看呈喇叭口形，气孔周围有
7、光滑的内壁。氮气孔普通成堆出现，形似蜂窝。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理2、侵入性气孔、侵入性气孔 将将液液态态金金属属浇浇入入砂砂型型时时，砂砂型型或或砂砂芯芯在在金金属属液液的的高高温温作作用用下下会会产产生生大大量量气气体体，随随着着温温度度的的升升高高和和气气体体量量的的添添加加，金金属属-铸铸型型界界面面处处气气体体的的压压力力不不断断增增大大。当当界界面面上上部部分分气气体体的的压压力力高高于于外外界界阻阻力力时时，气气体体就就会会侵侵入入液液态态金金属属，在在型型壁壁上上构构成成气气泡泡。气气泡泡构构成成后后将将脱脱离
8、离型型壁壁，浮浮入入型型腔腔液液态态金金属属中中。当当气气泡泡来来不及上浮逸出时，就会在金属中构成侵入性气孔。不及上浮逸出时，就会在金属中构成侵入性气孔。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理侵入性气孔的特征侵入性气孔的特征 侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、孔侵入性气孔的特征是数量较少、体积较大、孔壁光滑、外表有氧化色，常出如今铸件表层或近表壁光滑、外表有氧化色，常出如今铸件表层或近表层。外形多呈梨形、椭圆形或圆形，梨尖普通指向层。外形多呈梨形、椭圆形或圆形，梨尖普通指向气体侵入的方向。侵入的气体普通是水蒸气、一氧气体侵入的方向。侵入
9、的气体普通是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氢、氮和碳氢化合物等。化碳、二氧化碳、氢、氮和碳氢化合物等。 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理 焊缝金属中存在的反响性气孔通常是焊缝金属中存在的反响性气孔通常是 CO气孔，气孔，是由液态金属中的是由液态金属中的 O 与与 C 直接反响生成。直接反响生成。3、反响性气孔、反响性气孔 液态金属内部或与铸型之间发生化学反响而产生液态金属内部或与铸型之间发生化学反响而产生的反响性气孔：的反响性气孔： 金属与铸型间的反响性气孔金属与铸型间的反响性气孔 金属与熔渣间的反响性气孔金属与熔渣间的反响性气孔 液态
10、金属内元素间的反响性气孔液态金属内元素间的反响性气孔青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理金属与铸型间的反响性气孔金属与铸型间的反响性气孔 与侵入型气孔的区别在于反响性气孔来源于与侵入型气孔的区别在于反响性气孔来源于液态金属与铸型间的化学冶金作用，而侵入型液态金属与铸型间的化学冶金作用，而侵入型气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。气孔主要是高温液态金属对铸型的物理作用。 Fe + H2O FeO + H2 含氮树脂砂分解含氮树脂砂分解 N2 金属金属(或铸型或铸型)中的中的 C 氧化氧化 CO 金属金属-铸型间反响性气孔常分布在铸件外铸
11、型间反响性气孔常分布在铸件外表皮下表皮下 13 mm 处，通称为皮下气孔，其处，通称为皮下气孔，其外形有球状和梨状，孔径约外形有球状和梨状，孔径约 13 mm 。有。有些皮下气孔呈细长状，垂直于铸件外表，深些皮下气孔呈细长状，垂直于铸件外表，深度可达度可达 10 mm 左右。左右。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理金属与熔渣间的反响性气孔金属与熔渣间的反响性气孔当液态金属中含有混入的熔渣当液态金属中含有混入的熔渣 FeO时，会和液态金属时，会和液态金属或铸型中的或铸型中的 C 反响：反响：当采用石灰石砂型时，假设有砂粒进入钢液当采用石灰
12、石砂型时，假设有砂粒进入钢液 会发生：会发生：熔渣作为气孔形核的基底，最终构成的气孔内含有白色的熔渣作为气孔形核的基底，最终构成的气孔内含有白色的 CaO 与与 FeO 残渣所以又称为渣气孔。残渣所以又称为渣气孔。 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理液态金属内元素间的反响性气孔液态金属内元素间的反响性气孔 1 1碳碳- -氧反响性气孔氧反响性气孔 溶解在液态金属中的氧与碳反响，生成溶解在液态金属中的氧与碳反响，生成COCO气泡，凝固时来不及浮出的气泡构成气泡，凝固时来不及浮出的气泡构成 CO CO 气气孔。铸件中的孔。铸件中的 CO C
13、O 气孔多呈蜂窝状其周围出气孔多呈蜂窝状其周围出现脱碳层，而焊缝中的现脱碳层，而焊缝中的 CO CO 气孔为沿结晶方气孔为沿结晶方向的条虫状。向的条虫状。2 2氢氢- -氧反响性气孔氧反响性气孔 溶解在液态金属中的溶解在液态金属中的OO和和H H 反响生成反响生成 H2O H2O 气泡，产生水气孔。这类气孔主要出如今铜气泡，产生水气孔。这类气孔主要出如今铜合金铸件中。合金铸件中。3 3碳碳- -氢反响性气孔氢反响性气孔 铸件最后凝固的液相中，含有较高浓度的铸件最后凝固的液相中，含有较高浓度的 H H 和和 C C 时，将生成甲烷时，将生成甲烷CH4CH4气孔。气孔。青岛科技大学机电工程学院普通
14、高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理二、夹杂物的构成及防止措施二、夹杂物的构成及防止措施 夹杂物的来源及分类夹杂物的来源及分类 铸件中的夹杂物铸件中的夹杂物 焊缝中的夹杂物焊缝中的夹杂物 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理1 1、夹杂物的来源及分类、夹杂物的来源及分类本身杂质本身杂质反响产物反响产物主要来源炉料中的杂质炉料中的杂质焊材、母材中的杂质焊材、母材中的杂质熔炼过程反响产物熔炼过程反响产物与周围介质气、固、与周围介质气、固、液态间的反响产物液态间的反响产物青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”
15、国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理夹夹杂杂物物的的分分类类 按夹杂物化学成分按夹杂物化学成分 按夹杂物构成时间按夹杂物构成时间 按夹杂物外形按夹杂物外形 氧化物氧化物硫化物硫化物硅酸盐硅酸盐 初生夹杂物初生夹杂物次生夹杂物次生夹杂物二次氧化夹杂物二次氧化夹杂物 球形球形多面体多面体不规那么多角形不规那么多角形条状条状 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理夹杂物对金属性能的影响夹杂物对金属性能的影响 夹杂物破坏了金属的延续性，使强度和塑性下降；夹杂物破坏了金属的延续性，使强度和塑性下降； 尖尖角角形形夹夹杂杂物物易易引引起起应应
16、力力集集中中，显显著著降降低低冲冲击击韧韧性性和和疲疲劳强度；劳强度； 易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂；易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂； 促进气孔的构成，既能吸附气体，又促使气泡形核；促进气孔的构成，既能吸附气体，又促使气泡形核； 在在某某些些情情况况下下，也也可可利利用用夹夹杂杂物物改改善善金金属属的的某某些些性性能能，如提高资料的硬度、添加耐磨性以及细化金属组织等。如提高资料的硬度、添加耐磨性以及细化金属组织等。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理2、铸件中的夹杂物、铸件中的夹杂物u 初生夹杂物初生夹杂
17、物u 二次氧化夹杂物二次氧化夹杂物 u 次生夹杂物次生夹杂物 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理初生夹杂物初生夹杂物 在金属熔炼过程中及炉前处置时构成，阅历偏在金属熔炼过程中及炉前处置时构成，阅历偏晶析出和聚合长大两个阶段。晶析出和聚合长大两个阶段。1 1夹杂物的偏晶析出夹杂物的偏晶析出 在对金属进展脱氧、脱硫和孕育处置时，从液态在对金属进展脱氧、脱硫和孕育处置时，从液态金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低：金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低：2 2夹杂物的聚合长大夹杂物的聚合长大 夹杂物从液相中析出时尺寸很小仅有几夹杂物从液
18、相中析出时尺寸很小仅有几个微米，数量却很多数量级可达个微米，数量却很多数量级可达108108个个/cm3/cm3。由于对流或密度差上浮或下沉，发。由于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和机械粘连。夹杂物粗化后生高频率的碰撞和机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的速度与其他夹杂物运动速度加快，以更高的速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹杂物会重新碰撞、聚合长大。熔点较低的夹杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物那么会浮到熔化，尺寸大、密度小的夹杂物那么会浮到液态金属外表。液态金属外表。 青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原
19、理二次氧化夹杂物二次氧化夹杂物 液液态态金金属属与与大大气气或或氧氧化化性性气气体体接接触触时时，会会很很快快氧氧化化构构成成氧氧化化薄薄膜膜。在在浇浇注注及及充充型型过过程程中中，外外表表氧氧化化膜膜会会被被卷卷入入液液态态金金属属内内部部，而而此此时时液液体体的的温温度度下下降降较较快快，卷卷入入的的氧氧化化物物在在凝凝固固前前来来不不及及上上浮浮到到外外表表，便便在在金金属属中中构构成成二二次次氧氧化化夹夹杂杂物物。这这类类夹夹杂杂物物常常出出如今铸件上外表、型芯下外表或死角处。如今铸件上外表、型芯下外表或死角处。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原
20、理材料成形基本原理次生夹杂物 次次生生夹夹杂杂物物是是指指合合金金凝凝固固过过程程中中，由由于于偏偏析析，溶溶质质元元素素及及杂杂质质元元素素将将富富集集于于枝枝晶晶间间尚尚未未凝凝固固的的液液相相内内，处处于于过过饱饱和和形形状状而而发发生生偏偏晶晶反反响响：L1L2 ，析析出出非非金金属属夹夹杂杂物物。由由于于夹夹杂杂物物是是从从偏偏析析液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。液相中产生的，因此又称为偏析夹杂物。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理3 3、焊缝中的夹杂物、焊缝中的夹杂物 焊焊缝缝中中的的氮氮化化物物夹夹杂杂多多在在焊焊接接
21、维维护护不不良良时时出出现现，对对于于低低碳碳钢钢和和低低合合金金钢钢，主主要要的的氮氮化化物物是是Fe4N，在在时时效效过过程程中中过过饱饱和和析出，并以针状分布在晶粒上或贯穿晶界。析出，并以针状分布在晶粒上或贯穿晶界。焊焊缝缝中中的的硫硫化化物物夹夹杂杂主主要要有有MnS和和FeS两两种种。FeS通通常常沿沿晶界析出，并与晶界析出，并与Fe或或FeO构成低熔点共晶。构成低熔点共晶。低低碳碳钢钢焊焊缝缝存存在在的的氧氧化化物物夹夹杂杂主主要要是是SiO2、MnO、TiO2和和Al2O3等，普通以硅酸盐的方式存在。等，普通以硅酸盐的方式存在。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级
22、规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理防止焊缝产生夹杂物的措施防止焊缝产生夹杂物的措施 正正确确地地选选择择原原资资料料包包括括母母材材和和焊焊接接资资料料，母母材材、焊焊丝丝中中的的夹夹杂杂物物应应尽尽量量少少，焊焊条条、焊焊剂剂应应具具有有良良好好的的脱脱氧氧、脱硫效果；脱硫效果； 留留意意工工艺艺操操作作，如如选选择择适适宜宜的的工工艺艺参参数数；适适当当摆摆动动焊焊条条以以便便于于熔熔渣渣浮浮出出；加加强强熔熔池池维维护护，防防止止空空气气侵侵入入；多多层层焊时去除前一道焊缝的熔渣等。焊时去除前一道焊缝的熔渣等。青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理SH/mL.(100g)-1T/氢在不同金属中的溶解度氢在不同金属中的溶解度青岛科技大学机电工程学院普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理
