文档介绍：生产技术特种铸造及有色合金
2001 年第 2 期
熔模铸钢件气孔的产生与防止
中国科学技术大学
许云祥
瑞安市良工铸造厂
许山泉
摘
要
将熔模铸钢件的气孔分为析出性、侵入性、卷入性 3 种类型, 其中析出性气孔又分为过溶析出性和反应析出性两
类。详细论述了熔模铸钢件这几类气孔的形态、产生原因及防止措施。
关键词: 气孔
铸钢
熔模铸造
中图分类号:TG245
文献标识码:B
文章编号:1001- 2449(2001)02- 0026- 04
P
气体分压
1
析出性气孔
H
溶解热
析出性气孔由液体金属中析出的气体形成。此种气孔可以 R
气体常数
T
绝对温度
是球形, 也可以是不规则的形状或针状。在凝固前期析出形成
对熔模铸钢件能产生此类影响的气体主要是氢和氮。氢和
的气孔可能呈球形, 但在凝固后期, 气孔的形状受凝固界面的影
氮在铁中的溶解度在凝固时会有明显突然地降低, 在液态铁中
响较大, 而呈不规则形状。图 1 所示为椭球状气孔和链珠状气
所溶解的氢和氮在凝固时将处于过饱和状态, 过溶的氢和氮凝
孔。凝固后期由于受凝固收缩流动的影响, 在铸件的某些部位
固时将力求析出, 当其压力 PH 或 PN 大于外界压力, 即
出现负压, 气体将更容易析出, 此时的气孔与缩孔是孪生的, 即 2 2
PH 或 PN > Pa +
H + 2 / r (2)
形成所谓气缩孔, 图 2 所示为此类缩孔的形状, 图 2 a 为晶胞状 2 2
气孔, 图 2 b 为枝晶状气孔。式中
P a
大气压力
H
金属液静压力
2 / r
表面张力
此时氢、氮将析出形成气泡。达到凝固温度时氢在液态钢
中的溶解度( 质量分数) 约为 0. 002 5%, 在固态钢中的溶解度( 质
量分数) 约为0. 001%, 因此当液态钢中含氢( 质量分数) 大于
0. 001%时, 凝固时就可能析出氢而产生气孔。考虑到钢中氢的
a. 椭球状气孔 b. 链珠状气孔分布偏析, 实际上氢浓度稍低于此值就有可能产生气孔。
图 1
椭球状气孔和链珠状气孔氢不仅可能在钢中产生气孔, 而且能引起裂纹。当钢中含
氢( 质量分数) 为 0. 002 5%、温度为室温时, 钢中氢的平衡压力可
以达到几百 MPa; 含氢( 质量分数) 为 0. 000 5%、室温时, 氢的平
衡压力也大于 100 MPa, 均远远超过外界大气压, 因而氢沿着晶
粒边界和枝晶间隙析出, 引起钢的塑性剧烈降低, 此种现象称为
氢脆! 。图 3 所示为由氢引起的鱼眼!状白点[ 1] 。
a. 晶胞状气孔 b. 枝晶状气孔
图 2
晶胞状气孔和枝晶状气孔
析出性气孔又可分为过溶析出性气孔和反应析出性气孔两类。
1. 1
过溶析出性气孔
此类气孔是由于溶入液体金属中的气体呈过饱和析出而形成。
液体金属能吸收周围环境中的气体, 气体在合金中的溶解
量与该气体的分压以及温度等因素有关, 其关系式为
图 3
氢引起的鱼眼! 白点[ 1]
S = K Pexp(
H / 2RT ) (1)
另外, 当其他气