单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 铸件中的气体,一、概论,常见气体在铸件中的存在形式,气体的来源,气体溶解度的表示方法,气体对铸件质量的影响,（一）常见气体在铸件中的存在形式,固溶体：,H,溶解于各种合金中；,N,铸钢 铸铁有一定溶解度。,化合物：,O,与许多元素化合，以化合物形成存在于合金中。,气态：,H,2,N,2,CO CO,2,等,（二）气体的来源,熔炼过程：金属液与炉气接触-吸气的主要途径；,炉料不干净：导致炉气中H2O H2 SO2含量增加；,合金液与铸型相互作用,工艺因素：浇注系统设计不当，铸型透气性浇注速度等，浇注过程中空气卷入。,（三）气体溶解度的表示方法,气体溶解度常用,100g,金属所能溶解的气体在标准状态下的体积表示，即,cm,3,/(100g),，或用质量分数：百万分之一，即,ppm,。,（四）气体对铸件质量的影响,气孔：气孔,常见缺陷：减小铸件的有效工作面，产生应力集中，成为零件的裂纹源，降低强度、塑性。,不规则形状的气孔：增加敏感性，降低铸件的疲劳强度；,弥散型气孔：组织疏松，降低铸件气密性。,固溶体：,O N ,，铜，钢中的,H,使合金变脆（细化裂纹）,液态金属中溶解的气体：流动性变差,析出压力影响补缩,（一）金属的吸气过程,吸附阶段：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,扩散阶段：气体原子经扩散进入金属内部，在金属内均匀化,金属温度越高，气体与金属接触的时间愈长，吸收的气体就愈多。,二、气体在金属中的溶解与析出,（二）气体在金属中的溶解,影响单质气体溶解度的主要因素：气体中该气体的气压、温度、合金的化学成分,温度和压力的影响：不考虑金属蒸汽压时：,S,：气体溶解度,R,：气体常数,P,：与液相平衡的气体中气体分压,T,：热力学温度,H,：气体 溶解热,K,0,：系数,2,、,合金成分的影响：,（1）,合金成分影响气体的活度系数，从而影响其溶解度。,凡是增加,H N,活度系数的元素，都使合金液中,H N,的溶解度减小，反之亦然。,（,2,）生,成化合物的情况,与金属化合生成稳定的化合物，又不,溶于,该金属，形成化合物的这部分金属原子失去吸气能力，气体溶解度降低。,元素与气体化合，生成的化合物又溶,解于金,属液中，使溶解度,增加。,（,3,）合金对金属表面膜的影响,Al,合金中：,Mg Na Ca,等，使合金液,表面膜,疏松，吸气快,Al-Mg,：,Be,使合金液表示膜致密，吸气,慢。,（,4,）脱氧能力强的元素使水蒸气还原出氧原子，并溶解于合金液中，增加吸气量。,（三）气体的析出,气体析出的三种形式：,扩散逸出,与金属内的某元素形成化合物（夹杂物）,以气泡形式从金属液逸出,扩散逸出,金属,T T(T0,时（溶解吸热），,T,越低，,P,越大，气体越易向外界扩散。,如果减少金属外部的气体压力（真空铸造）,P,，金属液中气体不断析出。,注意：气体以扩散方式析出，只有在非常缓慢冷却的条件下才能充分进行，实际生产条件下往往难以实现。,以气泡形式从金属液中析出：,气泡生核；气泡的长大；气泡的上浮,气泡脱离衬底表面示意图,1,衬底,2,液体,定义：金属液凝固过程中，因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，称为析出性气孔。,2,、分布：铸件断面上大面积均匀分布，而在铸件最后凝固部位，冒口附近，热节中心部分最为密集。,3,、形状：团球形；多角形；断续裂纹状；混合形。析出性气孔常发生在同一炉或同一包浇注的全部或大多数铸件中。,三、析出性气孔,析出性气孔的形成,析出性气孔的形成机理,（,1,）金属凝固时，气体溶解度急剧下降。,（,2,）凝固过程中液相，固相中气体溶质的浓度分布：,可认为：液相中气体溶质只存在有限扩散，无对流，搅拌，而固相中气体溶质的扩散可忽略不计。,即使金属中气体原始浓度,C,0,小于饱和浓度，由于金属凝固时存在溶质再分配，在某时刻，凝固过程中固,液界面处液相中所富含的气体溶质将大于饱和浓度，而析出气体。,2,、影响析出性气孔的主要因素,（,1,）合金液原始含气量,：,C,0,上升，且固态、液态中气体溶解度差值越大，凝固前沿实集气体多，易形成气孔。,（,2,）合金成分：收缩量大，结晶温度范围宽的合金易产生析出性气孔，且影响原始含气量。,（,3,）气体性质：氢比氧易析出且扩散速度快，氢比氧容易形成析出性气孔。,（,4,）外界压力：,P,0,越小，越易产生析出性气孔。,（,5,）铸件的凝固方式：,逐层凝固方式，,P,0,较大，不易析出易于上浮；,体积凝固方式，枝晶间液体封闭，产生析出性气孔可能性大；,3,、防止析出性气孔的途径,:,减少金属液的原始含气量,减少各种气体的来源,炉料要干净；附加物，孕育剂等使用等预热；,炉衬，浇包烘干；控制型砂，芯砂的水分；,限制有机粘结剂用量；,控制熔炼温度金属温度过高易吸气。,采用真空熔炼，或熔炼时金属液表示覆盖。,对金属液除气处理,阻止气体析出,提高铸件冷却速度，如铝合金采用金属型。,提高金属凝固时的外压：在压缩空气中凝固。,定义：金属液与铸型之间，金属与熔渣之间或金属液内部某些元素，化合物之间发生化学反应能产生的气孔，称反应性气孔。,金属与铸型间反应性气孔：皮下,1,3mm,，又称皮下气孔。,形状：球状，梨形，长条形。,金属内部组元之间或组元与非金属夹杂物反应生成的气孔。,蜂窝状，梨状或团球状，分布均匀,四、反应性气孔,金属与铸型间的反应性气孔（皮下气孔）,1.,氢气孔（铸铁中）,2.CO,气体,3.,氮气孔,4.,形成皮下气孔的共同特点：,铸型水分高，透气性差，采用含氮高的树脂砂 原始含气量,C0,高，钢水脱氮不良中等壁厚的铸件 合金中含易氧化成成分 熔点高的合金；浇注温度高,皮下气孔形状,金属液内反应性气孔,1,、渣气孔：,金属液与熔渣相互作用生成的渣气孔,2,、金属液中元素间反应性气孔（溶解在金属中）：,碳氧反应性气孔,氢,氧反应中产生气孔,碳,氧反应性气孔,1.,合金方面,:,降低,C,0,，严格控制氧化性强的元素含量,2.,铸型方面,:,严格控制水分,干型 表干型,含氮树脂砂：减少尿素含量和乌洛托品的加入量,增加透气性,型内还原性气氛、防止氧化,冷铁干净,3.,提高浇注温度、降低凝固速度、利于气泡 浮出。,反应性气孔的防止,