液態(tài)成形件的主要缺陷及質(zhì)量控制第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固缺陷是金屬在冷卻凝固過程中極易出現(xiàn)的一類缺陷，它們以不同的類型和形態(tài)存在于固態(tài)金屬中，對金屬的性能產(chǎn)生不同程度的影響。本章主要介紹縮孔與縮松、氣孔與夾雜、偏析和應(yīng)力、變形、裂紋等重要凝固缺陷的形成機理、影響因素及控制措施。第2頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)金屬體積收縮縮孔縮松熱裂紋變形冷裂紋氣體元素雜質(zhì)元素化合物夾雜氣泡氣孔過飽和析出降溫凝固受拘束應(yīng)力滯留成分偏析非平衡凝固低熔點共晶第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月冷卻凝固體積收縮縮孔縮松應(yīng)力熱裂紋變形冷裂紋第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-1縮孔與縮松§8-2氣孔與夾雜

§8-3應(yīng)力、變形及裂紋§8-4偏析（化學成分的不均勻性）第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-1縮孔與縮松一、金屬的收縮二、縮孔與縮松的分類及特征三、縮孔與縮松的形成機理四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松。第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

收縮：金屬在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻過程中發(fā)生的體積減小現(xiàn)象，稱為收縮，它是金屬本身的物理性質(zhì)，是引起縮孔、縮松、應(yīng)力、變形、熱裂和冷裂等缺陷的基本原因。一、金屬的收縮第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)收縮階段（I）、凝固收縮階段（II）、固態(tài)收縮階段（III）第8頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)收縮階段(t澆

tL)凝固收縮階段(tLts或

t共起

t共終)固態(tài)收縮階段(tst室）金屬的收縮三個階段第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬從澆注溫度冷卻到室溫所產(chǎn)生的體收縮為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮之和，即εV總＝εV液＋εV凝＋εV固

（εV

為體收縮率）其中，液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因

。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因

。第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、縮孔與縮松的分類及特征第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月縮孔主要有內(nèi)縮孔和外縮孔兩種形式。外縮孔出現(xiàn)在鑄件的外部或頂部，一般在鑄件上部呈漏斗狀，鑄件壁厚很大時，有時會出現(xiàn)在側(cè)面或凹角處（圖a、b）；內(nèi)縮孔產(chǎn)生于鑄件內(nèi)部（圖c、d），孔壁粗糙不規(guī)則，可以看到發(fā)達的樹枝晶末梢，一般為暗黑色或褐色。1.縮孔

第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月a）明縮孔b）凹角縮孔c）芯面縮孔d）內(nèi)部縮孔第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月縮孔特點常出現(xiàn)于純金屬、共晶成分合金和凝固溫度范圍較窄的以逐層凝固方式凝固的鑄造合金中；多集中在鑄件的上部和最后凝固的部位；鑄件厚壁處、兩壁相交處及內(nèi)澆口附近等凝固較晚或凝固緩慢的部位（稱為熱節(jié)），也常出現(xiàn)縮孔；縮孔尺寸較大，形狀不規(guī)則，表面不光滑。

第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.縮松按其形態(tài)分為宏觀縮松（簡稱縮松）和微觀縮松（顯微縮松）兩類。縮松：多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬的合金中，常分布在鑄件壁的軸線區(qū)域、縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位。顯微縮松：則在各種合金鑄件中或多或少都會存在，一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間，與微觀氣孔難以區(qū)分，只有在顯微鏡下才能觀察到。第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄件熱節(jié)處的縮孔與縮松第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月縮松的特點縮松多出現(xiàn)于凝固溫度范圍較寬的合金中；顯微縮松一般出現(xiàn)在枝晶間和分枝之間；常分布在縮孔附近或鑄件厚壁的中心部位；第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

縮孔和縮松的危害：

鑄件中存在的任何形態(tài)的縮孔和縮松，都會減小鑄件的受力面積，在縮孔和縮松的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄件的力學性能顯著降低。此外，縮孔和縮松還會降低鑄件的氣密性和物理化學性能。

因此，必須采取有效措施予以防止。第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月三、縮孔與縮松的形成機理

1.縮孔的形成2.縮松的形成第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1.縮孔的形成機理純金屬、共晶成分合金和凝固溫度范圍窄的合金，在一般鑄造條件下按由表及里逐層凝固的方式凝固。由于金屬或合金在冷卻過程中發(fā)生的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，從而在鑄件最后凝固的部位形成尺寸較大的集中縮孔。

第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄件中縮孔形成過程示意圖第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.縮松的形成機理

凝固溫度范圍較寬的合金，一般按照體積凝固的方式凝固，凝固區(qū)內(nèi)的小晶體很容易發(fā)展成為發(fā)達的樹枝晶。當固相達到一定數(shù)量形成晶體骨架時，尚未凝固的液態(tài)金屬便被分割成一個個互不相通的小熔池。在隨后的冷卻過程中，小熔池內(nèi)的液體將發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮，已凝固的金屬則發(fā)生固態(tài)收縮。由于熔池金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于其固態(tài)收縮，兩者之差引起的細小孔洞又得不到外部液體的補充，便在相應(yīng)部位形成了分散性的細小縮孔，即縮松。

第23頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄鐵鑄件的縮孔和縮松第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響縮孔與縮松的因素及防止措施

1.影響縮孔與縮松的因素

2.防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑第25頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響縮孔與縮松的因素金屬的性質(zhì)鑄型的冷卻能力澆注溫度與澆注速度鑄件尺寸第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）金屬的性質(zhì)金屬的液態(tài)收縮系數(shù)αV液和凝固收縮系數(shù)αV凝越大，縮孔及縮松容積越大。金屬的固態(tài)體收縮系數(shù)αV固越大，縮孔及縮松容積越小。（2）鑄型條件鑄型的激冷能力越大，縮孔及縮松容積就越小。因為鑄型激冷能力越大，越易造成邊澆注邊凝固的條件，使金屬的收縮在較大程度上被后注入的金屬液所補充，使實際發(fā)生收縮的液態(tài)金屬量減少。

第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）澆注條件澆注溫度越高，金屬的液態(tài)收縮越大，則縮孔容積越大；澆注速度越緩慢，澆注時間越長，縮孔容積就越小。（4）鑄件尺寸鑄件壁厚越大，表面層凝固后，內(nèi)部的金屬液溫度就越高，液態(tài)收縮就越大，則縮孔及縮松的容積越大。第28頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑（1）順序凝固原則（2)同時凝固原則（3)采取的工藝措施第29頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的指導思想：

針對該合金的收縮和凝固特點，制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立起良好的補縮條件，盡可能使縮松轉(zhuǎn)化成縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方，在此處安放冒口，使縮孔集中在冒口中，或在此處安置澆口進行直接補縮。第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)順序凝固原則：鑄件的順序凝固原則是采取各種工藝措施，保證鑄件結(jié)構(gòu)上的各部分按照距離冒口的遠近，由遠及近朝著冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。鑄件按照這一原則順序凝固時，可使縮孔集中在冒口中，獲得致密的鑄件。ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月順序凝固原則的優(yōu)缺點：●優(yōu)點：冒口補縮好，可防止縮孔、縮松?！袢秉c：鑄件各部位溫差大，易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和熱裂；鑄件出品率低?！襁m用合金：對凝固收縮大，凝固溫度范圍小的合金常采用此原則。如鑄鋼等。第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)同時凝固原則：同時凝固原則是采取各種工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上的各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時凝固。ⅠⅡⅢ第33頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月同時凝固原則的優(yōu)缺點：●

優(yōu)點：不易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和熱裂；一般不加冒口或冒口很小，節(jié)約金屬，鑄件出品率高?！袢秉c：往往在鑄件中心區(qū)或熱節(jié)處產(chǎn)生縮松?！襁m用合金：體收縮小的合金，鑄件壁厚均勻，氣密性要求不高，變形、熱裂傾向為主要矛盾的鑄件；球墨鑄鐵的無冒口工藝。第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固原則與凝固方式的區(qū)別：●凝固原則：采取各種工藝措施使鑄件結(jié)構(gòu)上的各個部分的凝固順序不同?！衲谭绞剑菏氰T件凝固某時刻某一斷面上的凝固順序不同。第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）采取的工藝措施●順序凝固原則：——冒口位置：設(shè)置于鑄件厚壁或熱節(jié)處——冒口、冷鐵、補貼的聯(lián)合應(yīng)用（鑄鋼件）——內(nèi)澆口位置：從冒口處引入——澆注溫度：高溫慢澆●同時凝固原則：——內(nèi)澆口位置：從鑄件薄壁處引入——澆注溫度：低溫快澆——冷鐵的應(yīng)用：安放在鑄件厚壁處——加壓補縮第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-2氣孔與夾雜第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、氣孔的分類及特征

氣孔：存在于液態(tài)金屬中的氣體，若凝固前氣泡來不及排除，就會在金屬內(nèi)形成孔洞。這種因氣體分子聚集而產(chǎn)生的孔洞稱為氣孔。

氣孔分類：金屬中的氣孔按氣體來源不同可分為：析出性氣孔、侵入性氣孔和反應(yīng)性氣孔；按氣體種類不同可分為氫氣孔、氮氣孔和一氧化碳氣孔等。第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1．析出性氣孔液態(tài)金屬在冷卻凝固過程中，因氣體溶解度下降，析出的氣體來不及逸出而產(chǎn)生的氣孔稱為析出性氣孔。這類氣孔主要是氫氣孔和氮氣孔。析出性氣孔的特征：析出性氣孔通常分布在鑄件的整個斷面或某一局部區(qū)域，尤其在冒口附近和熱節(jié)等溫度較高的區(qū)域分布比較密集。氣孔形狀有團球形、裂紋多角形、斷續(xù)裂紋狀或混合型。當金屬含氣量較少時，呈裂紋狀；而含氣量較多時，氣孔較大，呈團球形。析出性氣孔常發(fā)生在同一爐或同一包澆注的一批鑄件中。第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2．侵入性氣孔鑄型和型芯等在液態(tài)金屬高溫作用下產(chǎn)生的氣體，侵入金屬內(nèi)部所形成的氣孔，稱為侵入性氣孔。侵入性氣孔特征：數(shù)量較少、體積較大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出現(xiàn)在鑄件表層或近表層。形狀多呈梨形、橢圓形或圓形，梨尖一般指向氣體侵入的方向。侵入的氣體一般是水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、氫、氮和碳氫化合物等。第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3．反應(yīng)性氣孔液態(tài)金屬內(nèi)部或與鑄型之間發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生的氣孔，稱為反應(yīng)性氣孔。

反應(yīng)性氣孔特征：金屬-鑄型間反應(yīng)性氣孔常分布在鑄件表面皮下1～3mm處，通稱為皮下氣孔，其形狀有球狀和梨狀，孔徑約1～3mm。有些皮下氣孔呈細長狀，垂直于鑄件表面，深度可達10mm左右。氣孔內(nèi)主要是H2、CO和N2等。液態(tài)金屬內(nèi)部合金元素之間或與非金屬夾雜物發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生的蜂窩狀氣孔，呈梨形或團球形均勻分布。碳鋼焊縫內(nèi)因冶金反應(yīng)生成的CO氣孔，則沿焊縫結(jié)晶方向呈條蟲狀分布。皮下氣孔常出現(xiàn)在熔點較高的合金（鑄鋼、鑄鐵及銅合金）鑄件中。第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、氣孔的危害氣孔是鑄件或焊件最常見的缺陷之一。氣孔的存在不僅能減小金屬的有效承載面積，而且使局部造成應(yīng)力集中，成為零件斷裂的裂紋源。一些形狀不規(guī)則的氣孔，則會增加缺口的敏感性，使金屬的強度下降和抗疲勞能力降低。第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月三、防止氣孔產(chǎn)生的措施

1.防止析出性氣孔的措施（1）消除氣體來源（減少金屬液原始含氣量）（2）采用合理的工藝（提高鑄件冷速，鑄型（芯）排氣暢通）（3）對液態(tài)金屬進行除氣處理（浮游、真空、氧化、冷凝去氣）（4）阻止液態(tài)金屬內(nèi)氣體的析出（加壓鑄造）2.防止侵入性氣孔的措施（1）控制侵入氣體的來源（減少砂型發(fā)氣量）（2）控制砂型的透氣性和緊實度（3）提高砂型和砂芯的排氣能力

第43頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.防止反應(yīng)性氣孔（皮下氣孔）的措施（1）采取烘干、除濕等措施，防止和減少氣體進入液態(tài)金屬。（2）嚴格控制合金中強氧化性元素的含量。（3）適當提高液態(tài)金屬的澆注溫度，降低凝固速度，盡量保證液態(tài)金屬平穩(wěn)進入鑄型，減少液態(tài)金屬的氧化。

（4）澆注系統(tǒng)合理設(shè)計：如重慶大足汽車廠，濕型澆注鑄鋼件，使用溢流冒口，去除第一股冷鋼水，減少FeO含量，鑄鋼件不產(chǎn)生皮下氣孔。第44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月四、夾雜物的形成及防止措施第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1.夾雜物的來源及分類

夾雜物：指金屬內(nèi)部或表面存在的和基本金屬成分不同的物質(zhì)。（1）夾雜物的來源它主要來源于原材料本身的雜質(zhì)及金屬在熔煉、澆注和凝固過程中與非金屬元素或化合物發(fā)生反應(yīng)而形成的產(chǎn)物?！牧媳旧砗械膴A雜物，如金屬爐料表面的粘砂、氧化銹蝕、隨同爐料一起進入熔爐的泥砂、焦炭中的灰分等，熔化后變?yōu)槿茉??！饘偃蹮挄r，脫氧、脫硫、孕育和變質(zhì)等處理過程，產(chǎn)生大量的MnO、SiO2、Al2O3等夾雜物?！簯B(tài)金屬與爐襯、澆包的耐火材料及溶渣接觸時，會發(fā)生相互作用，產(chǎn)生大量的MnO、Al2O3等夾雜物?！诰珶捄筠D(zhuǎn)包及澆注過程中，金屬表面與空氣接觸形成的表面氧化膜，被卷入金屬后形成氧化夾雜物?！阼T造和焊接過程中，金屬與非金屬元素發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生的各種夾雜物，如FeS、MnS等硫化物。第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）夾雜物的分類——按夾雜物化學成分，可分為：氧化物----FeO、MnO、SiO2、Al2O3硫化物----FeS、MnS、Cu2S硅酸鹽----FeO.SiO2、Fe2SiO4、Mn2SiO4、——按夾雜物形成時間，可分為初生夾雜物、次生夾雜物和二次氧化夾雜物。初生夾雜物：是在金屬熔煉及爐前處理過程中產(chǎn)生的。次生夾雜物：是在金屬凝固過程中產(chǎn)生的。二次氧化夾雜物：而在澆注過程中因氧化而產(chǎn)生的夾雜物稱為二次氧化夾雜物?！磰A雜物形狀，可分為球形、多面體、不規(guī)則多角形、條狀及薄板形、板形等。第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3.夾雜物的危害：夾雜物的存在破壞了金屬本體的連續(xù)性，使金屬的強度和塑性下降；尖角形夾雜物易引起應(yīng)力集中，顯著降低金屬的沖擊韌性和疲勞強度；易熔夾雜物（如鋼鐵中的FeS）分布于晶界，不僅降低強度且能引起熱裂。夾雜物也能促進氣孔的形成，它既能吸附氣體，又是氣核形成的良好襯底。在某些情況下，也可利用夾雜物改善金屬的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及細化金屬組織等。第48頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月4.防止和減少夾雜物的措施（1）熔體精煉（熔劑精煉，氣體精煉）（2）過濾法擋渣（澆注系統(tǒng)內(nèi)加過濾網(wǎng)、過濾片等擋渣）（3）采用合理澆注溫度及澆冒口系統(tǒng)，液流平穩(wěn)充型，減少二次氧化夾雜（4）采取除氣處理的措施（冷凝靜置處理、浮游去氣法、真空澆注等）第49頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-3應(yīng)力、變形及裂紋第50頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1.應(yīng)力及其分類在熱加工過程中，工件因經(jīng)歷了加熱和冷卻過程，其尺寸和形狀將發(fā)生變化。如果這種變化受到了阻礙，就會在工件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。伴隨加熱和冷卻過程而變化的應(yīng)力稱為臨（瞬）時應(yīng)力；完全冷卻后殘存在工件中的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。按其形成原因可分為：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機械阻礙應(yīng)力。按其存在時間分：殘余應(yīng)力、臨（瞬）時應(yīng)力。按其應(yīng)力性質(zhì)分：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力。一、應(yīng)力

第51頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）熱應(yīng)力

工件在加熱和冷卻過程中，由于各部分的溫度不同造成工件上同一時刻各部分的收縮或膨脹量不同，從而導致內(nèi)部彼此相互制約而產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力是由不均勻溫度場引起的，故稱為熱應(yīng)力（殘余應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。（2）相變應(yīng)力

具有固態(tài)相變的合金，若各部分發(fā)生相變的時刻及相變程度不同，其內(nèi)部就可能產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力稱為相變應(yīng)力（可能是殘余應(yīng)力，也可能是臨時應(yīng)力，為拉、壓應(yīng)力）。（3）機械阻礙應(yīng)力

金屬在冷卻過程中因收縮受到外界阻礙（如鑄件收縮時受到鑄型、型芯、箱檔等的阻礙）而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為機械阻礙應(yīng)力，外界阻礙消除后（鑄件開箱后）應(yīng)力消失。（臨時應(yīng)力，為拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力）。

第52頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱應(yīng)力是液態(tài)成形件中最普遍存在的一種應(yīng)力，熱應(yīng)力的存在不僅會引起工件尺寸形狀的變化，還會降低構(gòu)件的承載能力，使工件產(chǎn)生裂紋（拉應(yīng)力）。因此，必須盡量減小工件在加工過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。下面重點講述熱應(yīng)力第53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熱應(yīng)力(1)產(chǎn)生原因及條件產(chǎn)生原因：鑄件各部分冷卻速度不一致，引起收縮量不同，但各部分又彼此相連、相互制約而產(chǎn)生了熱應(yīng)力。產(chǎn)生條件：認為合金存在一個彈、塑性的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tk:

當T＞

Tk

時，合金處于塑性狀態(tài)當T＜

Tk

時，合金處于彈性狀態(tài)下面以“T”字梁為例（見下圖）

第54頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月塑壓塑拉塑壓彈拉彈拉彈壓第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月由以上分析得出熱應(yīng)力產(chǎn)生的條件是：

(1)鑄件相互連接的兩部分均處于彈性狀態(tài)；（2）鑄件各部分冷卻速度不同：——冷卻快的薄壁或表面：產(chǎn)生壓應(yīng)力——冷卻慢的厚壁或中心：產(chǎn)生拉應(yīng)力第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）影響熱應(yīng)力的因素●對“T”字梁：

在桿Ⅰ中的拉應(yīng)力在桿Ⅱ中的壓應(yīng)力式中——金屬彈性模量；——線收縮系數(shù)；——桿Ⅰ截面積；——桿Ⅱ截面積；——桿Ⅰ冷至TK時兩桿的溫差

第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

●影響因素

——金屬性質(zhì)：

——鑄型性質(zhì)：

——澆注條件：

——鑄件結(jié)構(gòu)：↑，↑,↓，則↑↑，↑,↑,則↑↑，↓，↓，則↓壁厚差↑，↑,則↑第58頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）減輕和消除熱應(yīng)力（殘余應(yīng)力）的途徑

●合金方面：選擇E、小，大的材料●鑄型方面：

——鑄件厚壁部分砂層減薄或加冷鐵

——預(yù)熱鑄型，提高鑄型溫度

——提高鑄型、型芯退讓性

——減少鑄型表面摩擦力

第59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月●澆注條件方面：

——適當提高澆注溫度，減小冷卻速度。

——澆注系統(tǒng)設(shè)計考慮同時凝固原則。

——開箱不宜過早或過遲?！耔T件結(jié)構(gòu)方面：設(shè)計鑄件壁厚差盡可能小，厚、薄壁交接處圓滑過渡?！駸崽幚砑捌渌椒ǎ?/p>

——人工時效：加熱至塑性狀態(tài)，保溫一段時間，然后緩冷至室溫。

——機械加載法。

——共振法。第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、變形

在熱加工過程中，工件因加熱和冷卻時而發(fā)生的形狀和尺寸的變化稱為變形。當工件中的應(yīng)力大于合金該溫度下的屈服強度時，便產(chǎn)生變形。變形不僅影響結(jié)構(gòu)的外形和裝配，而且還會影響結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至導致事故的發(fā)生。第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.變形的種類可將加熱和冷卻時工件所發(fā)生的變形稱為瞬時變形，完全冷卻后遺留下來的變形稱為殘余變形。其中，對結(jié)構(gòu)影響比較大的是殘余變形。就其涉及的范圍而言，大體上可分為整體變形和局部變形兩大類。第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.控制變形的措施（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計方面：壁厚差小，熱節(jié)分散，反變形設(shè)計。（2）工藝方面：在鑄造工藝中，為了防止鑄件的彎曲變形，可在合箱以后澆注之前，將壓鐵放在砂箱上。第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月三、裂紋

在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子結(jié)合遭到破壞，在形成新界面時產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。裂紋大體可分為五大類：熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋等。第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月熱裂紋：金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時所產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象，微觀上具有沿晶開裂特征。熱裂紋的形式：凝固裂紋、液化裂紋和高溫失延裂紋等，其中最常見的是凝固裂紋。凝固裂紋：金屬凝固結(jié)晶末期，在固相線附近發(fā)生的晶間開裂現(xiàn)象，稱為凝固裂紋或結(jié)晶裂紋。其形成與凝固末期晶間存在的液膜有關(guān)，斷口具有沿晶間液膜分離的特征。

宏觀可見的熱裂紋表面無金屬光澤，有明顯的氧化色彩，可作為初步判斷其是否為熱裂紋的判據(jù)。1.熱裂紋第65頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月冷裂紋：是指金屬經(jīng)鑄造成形后或焊接后冷卻到室溫附近時出現(xiàn)的裂紋。這類裂紋是中碳鋼、高碳鋼、低合金高強鋼、工具鋼、鈦合金及鑄鐵等材料成形加工時極易出現(xiàn)的一種工藝缺陷。

從宏觀上看：冷裂紋的斷口具有發(fā)亮的金屬光澤和穿晶斷裂的特征。

裂紋是由于鑄件中形成的拉應(yīng)力大于該溫度下合金的抗拉強度時產(chǎn)生的，減輕和消除鑄造應(yīng)力的措施均可防止裂紋的產(chǎn)生。2.冷裂紋第66頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-4

偏析根據(jù)偏析范圍的不同，可將偏析分為：微觀偏析和宏觀偏析兩大類偏析產(chǎn)生的基本原因是由于合金在凝固過程中溶質(zhì)再分配和擴散不充分引起的結(jié)果。它們對合金的力學性能、切削加工性能、抗裂性能以及耐腐蝕性能等有著程度不同的損害。偏析現(xiàn)象也有有益的一面，如利用偏析現(xiàn)象可以凈化或提純金屬等（如區(qū)域提純）。液態(tài)合金在凝固過程中發(fā)生的化學成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析。第67頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月微觀偏析是指微小范圍（約一個晶粒范圍）內(nèi)的化學成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分為晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。宏觀偏析是指凝固斷面上各部位的化學成分不均勻現(xiàn)象，按其表現(xiàn)形式可分為正常偏析、逆偏析、重力偏析等。第68頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、微觀偏析1.晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析：是在一個晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常產(chǎn)生于具有結(jié)晶溫度范圍、能夠形成固溶體的合金中。對于溶質(zhì)分配系數(shù)k0<1的固溶體合金，晶粒內(nèi)先結(jié)晶部分含溶質(zhì)較少，后結(jié)晶部分含溶質(zhì)較多。這種成分不均勻性就是晶內(nèi)偏析枝晶偏析：固溶體合金按樹枝晶方式生長時，先結(jié)晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異。這種在樹枝晶內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象又稱為枝晶偏析。第69頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月晶內(nèi)偏析的危害：使晶粒內(nèi)部成分不均勻，導致合金的力學性能降低，特別是塑性和韌性降低。此外，晶內(nèi)偏析還會引起合金化學性能不均勻，使合金的抗蝕性能下降。晶內(nèi)偏析的防止措施：晶內(nèi)偏析是一種不平衡狀態(tài)，在熱力學上是不穩(wěn)定的。如果采取一定的工藝措施，使溶質(zhì)充分擴散，就能消除晶內(nèi)偏析。生產(chǎn)上采取的措施有：（1）細化晶粒來減輕偏析的范圍及程度。

（2）采用擴散退火或均勻化退火熱處理來消除晶內(nèi)偏析，即將合金加熱到低于固相線100～200℃的溫度，進行長時間保溫，使偏析元素進行充分擴散，以達到均勻化的目的。第70頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.晶界偏析在合金凝固過程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物常富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學成分出現(xiàn)差異，這種成分不均勻現(xiàn)象稱為晶界偏析。晶界偏析的產(chǎn)生見下圖。晶界偏析的危害：晶界偏析比晶內(nèi)偏析的危害性更大，它既能降低合金的塑性和高溫性能，又能增加