铸造制品主要缺陷有偏析、气孔、缩孔与缩松、夹杂、裂纹、冷隔及其他缺陷。
01偏析 偏析——在铸件中出现化学成分不均匀的现象。
偏析使铸件的性能不均匀,严重时会造成废品。
偏析可分为两大类:微观偏析和宏观偏析。
晶内偏析(又称枝晶偏析)——是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象,是微观偏析的一种。
凡形成固溶体的合金在结晶过程中,只有在非常缓慢的冷却条件下,使原子充分扩散,才能获 得化学成分均匀的晶粒。
在实际铸造条件下,合金的凝固速度较快,原子来不及充分扩散,这样按树枝状方式长大的晶粒内部,其化学成分必然不均匀。
为消除晶内偏析,可把铸件重新加热到高温,并经长时间保温,使原子充分扩散。
这种热处理方法称为扩散退火。
密度偏析(旧称比重偏析)——是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象,是宏观偏析的一种。
当组成合金元素的密度相差悬殊时,待铸件完全凝固后,密度小的元素大都集中在上部,密度大的元素则较多地集中在下部。
为防止密度偏析,在浇注时应充分搅拌或加速金属液冷却,使不同密度的元素来不及分离。
宏观偏析有很多种,除密度偏析之外,还有正偏析、逆偏析、V形偏析和带状偏析等。
偏析金相组织见图1: 图1 边部灰色处为反偏析区 02气孔 金属在凝固过程中,气体的溶解度急剧降低,在戮度很大的固态金属中难以逸出而滞留于熔体内形成气孔。
与缩孔缩松的形态不同,气孔一般呈圆形、椭圆形或长条形,单个或成串状分布,内壁光滑。
孔内常见气体有H2、CO、H2O、CO2等。
按气孔在铸锭中出现的位置分为内部气孔、皮下气孔和表面气孔。
气孔的存在减少了铸锭的有效体积和密度,经加工后虽可被压缩变形,但难以焊合,结果造成产品的起皮、起泡、针眼、裂纹等缺陷。
气孔形态金相组织见图2: 图2 浇铸时由模底和模壁产生的气体来不及逸出而沿结晶方向形成气孔 03缩孔与缩松 金属在凝固过程中,发生体积收缩,熔体不能及时补充,而在最后凝固的地方出现收缩孔洞,称为缩孔或缩松。
容积大而集中的缩孔称为集中缩孔,细小而分散的缩孔称为缩松,其中出现在晶界和枝晶间借助于显微镜观察的缩松称为显微缩松。
缩孔表面多参差不齐,近似锯齿状,晶界和枝晶间的缩孔多带棱角 , 有些缩孔常为析出的气体所充填,孔壁较平滑,此时的缩孔也是气孔,缩孔内往往伴生低熔点物。
缩孔均出现在断面的中心区。
位于头部的缩孔多呈锥形,内表面参差不齐或 有粗大的结晶组织。
位于中部的断续缩孔多为形状不规则的大小孔洞,内部有时会充有金属凝固时析出的气体,表面较光滑,在以后的加工中往往难以焊合而形成分层和气泡。
缩孔的附近还易造成应力集中而在加工中产生裂纹。
缩松常分布于断面的中心附近或整个断面,有时出现在缩孔附近,呈细小分散的孔洞分布于晶界或枝晶间隙。
有些细小的缩松肉眼难以发现,仅借助于显微镜或水压试验才能察觉。
疏松造成金属组织的不致密,因而大大降低合金的机械性能和抗蚀能力。
缩孔和缩松区域的大小与合金的凝固收缩系数,金属液体的流动性,结晶温度范围的宽窄,铸锭的断面尺寸、浇铸温度以及凝固条件等因素有关。
合金的凝固收缩系数愈大,铸锭断面的尺寸愈大,缩孔将愈严重。
合金的结晶温度范围越窄,流动性越好,则缩孔越集中;反之如合金的结晶温度越宽,凝固时的结晶过渡带越宽,则愈易形成缩松。
缩孔与缩松产生的主要原因有:熔炼工艺不合理,浇铸温度较低,补缩不良,断流;冷却强度较大,浇铸速度快;结晶器设计不合理,保温帽太低、潮湿;合金结晶温度范围宽,流动性差等。
缩孔与缩松形态金相组织见图3、图4: 图3 铸造终了时补缩不良而在头部形成缩孔,缩孔内有气体未得逸出 图4 横截面存在分散缩孔,周围并伴生缩松及小裂纹 04夹杂 与基体有明显分界面,性能相差悬殊的金属或非金属物称为夹杂。
按夹杂的性质可分金属夹杂和非金属夹杂两类。
金属夹杂指不溶于基体金属的各种金属化合物初晶及未熔化完的高熔点纯金属颗粒以及外来异金属;非金属夹杂包括氧化物、硫化物、碳化物、熔剂、熔渣、涂料、炉衬碎屑以及硅酸盐等。
按夹杂