铸造合金收缩是铸件中许多缺陷,如缩孔、缩松、热裂、应力、变形和裂纹等产生的基本原因,是合金的重要铸造性能之一,对铸件质量有着很大的影响。
简介铸件在凝固和冷却过程中,体积和尺寸减小的现象称为收缩。金属从浇注温度冷却到室温要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。在液态收缩和凝固收缩阶段铸件易产生缩孔、缩松缺陷。这两个阶段的收缩量通常用体收缩率来表示。固态收缩阶段只引起铸件外部尺寸变化,使铸件易产生内应力、变形和裂纹等缺陷。其收缩量用线收缩率表示。
本质当温度下降液态合金由液态转变为固态时,因为金属原子由近程有序逐渐转变为远程有序,以及空穴的减少或消失,一般都会发生体积减小。液态合金凝固后,随温度的继续下降,原子间的距离还要缩短,体积也进一步减小。铸造合金在液态、凝固态和固态冷却的过程中,由于温度的降低而发生的体积减小现象,称为铸造合金的收缩性。它是铸造合金本身的物理性质。
影响合金收缩的因素1、化学成分:不同的铸造合金有不同的收缩率。在常用合金中,铸钢收缩率最大,灰口铸铁最小。硅元素促进收缩率减小,硫使收缩率增大。
2、浇注条件:浇注温度越高,合金过热度就越大,则液态收缩量也增大。晓注速度很慢或明冒口中不断补浇高温合金液,使铸件液态和凝固收缩及时得到补偿,铸件总体积收缩减小,缩孔容积也减小。
3、铸型条件和铸件结构:铸型材料对铸件冷却速度影响很大。湿型比干型的冷却能力大,使凝固区域变窄,缩松减少。金属型冷却能力更大,故缩松更显蓍减少。
受阻收缩合金在铸型中不是自由收缩,而是受阻收缩。受阻的原因一方面是由于铸型和型芯对合金收缩的机械阻力;另一方面是由于铸件结构各部分冷却速度不同,相互制约而对收缩产生阻力。因此,铸件的实际线收缩率比合金的自由线收缩率小。
缩孔和缩松液态金属在铸型内凝固时,如果收缩得不到补充,在铸件最后凝固的部位将形成孔洞,这种孔洞称为缩孔。按照孔洞的大小和分布,缩孔分为集中缩孔和分散缩孔两类。通常把集中缩孔称为缩孔,分散缩孔称为缩松。
铸造应力铸件在凝固后继续冷却至室温产生固态收缩,当收缩受到阻碍而产生的内应力称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹等缺陷的主要原因,铸造应力可分为机械应力和热应力两种。
机械应力铸件在固态收缩时,受到铸型或型芯等的机械阻碍而产生的内应力称为机械应力, 也称收缩应力,如图所示。机械应力是暂时的,铸件从铸型中取出之后便可自行消除。但在铸型中机械应力与热应力同时作用,应力瞬间超过铸件的强度极限时,铸件将产生裂纹。在工艺上增加铸型的退让性可碱小铸件的机械应力。
热应力由于铸件壁厚不均匀,造成各部分冷却速度不同,在同一时期内铸件各部分收缩不一致而产生的应力称为热应力。1
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黄伦先 - 副教授 - 西南大学