铸造起泡产生的原因，金属材料质量及缺陷简介-资源分析-韩韩H5开发

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铸造产品的主要缺陷有分离、气孔、缩孔和气孔、夹杂、裂纹、冷堵等缺陷。

01分离

分离——导致铸件化学成分不均匀。偏析造成铸件性能不均匀，严重时造成废品。

偏析大致可分为两类微观偏析和宏观偏析。

晶内分离又称枝晶分离，是指晶粒不同部位化学成分不均匀的现象，是微观偏析的一种。在形成固溶体的合金的结晶过程中，只有在非常缓慢的冷却条件下使原子完全扩散才能获得化学成分均匀的颗粒。在实际铸造条件下，合金的凝固速度比较快，原子没有时间完全扩散，因此长成枝晶的晶粒内部的化学成分必然是不均匀的。为消除晶内偏析，可将铸件重新加热至高温并长时间保温，使原子完全扩散。这种热处理方法称为扩散退火。

密度偏析，以前称为比重偏析——，是指化学成分在铸件顶部和底部出现不均匀的现象，是宏观偏析的一种。当合金元素密度差异很大时，铸件完全凝固后，密度较低的元素主要集中在上部，密度较大的元素集中在下部。为了防止密度偏析，金属液必须充分搅拌或在注射过程中必须加速熔融金属的冷却，以使不同密度的元素没有时间分离。

宏观分离有多种类型，包括密度分离、正向分离、反向分离、V形分离和带状分离。

孤立的金相组织如图1所示。

图1边缘的灰色区域为防分离区域。

02毛孔

在金属凝固过程中，气体的溶解度迅速降低，很难从高硬度的固体金属中逸出，而留在熔体中形成气孔。与收缩孔不同，孔一般呈圆形、椭圆形或长带状，单个或串状分布，内壁光滑。腔体内常见的气体有H2、CO、H2O、CO2等。根据气孔出现在锭中的位置，分为内部气孔、皮下气孔和表面气孔。如果存在气孔，则铸锭的有效体积和密度降低，加工后可能会被压缩或变形，但焊接困难，制品会出现剥落、气泡、针孔、裂纹等缺陷。

气孔形状及金相组织如图2所示。

图2铸造过程中，模具底部和壁上产生的气体来不及逸出，沿结晶方向形成气孔。

03收缩毛孔、收缩毛孔

金属在凝固过程中，其体积减小，熔体不能及时补充，在最终凝固点出现缩孔，称为缩孔或缩孔。大而集中的缩孔称为集中缩孔，小而分散的缩孔称为缩孔，在显微镜下观察时出现在晶界和枝晶之间的缩孔称为微缩孔。

缩孔表面多为锯齿状、近锯齿状，晶界和枝晶之间的缩孔形状常呈棱角状。有的缩孔常充满析出气体，孔壁较光滑。空洞也是气孔，缩孔也是气孔，往往伴有低熔点物质。

所有缩孔均出现在横截面的中心部分。位于头部的缢孔大多呈锥形，内表面具有不均匀或粗糙的晶体结构。位于中心的断续缩孔多为不规则形状的孔，有时充满金属凝固过程中析出的气体，且由于表面光滑，在后续加工中往往难以剥离和形成气泡。缩孔附近区域容易产生应力集中，加工时可能会产生裂纹。

缩孔常分布在截面中心附近或整个截面，有时出现在缩孔附近，并呈小孔分布在晶界或枝晶间隙内。有些细小的收缩很难用肉眼检测到，只能使用显微镜或水压试验才能检测到。孔隙使金属组织致密性降低，大大降低合金的力学性能和耐腐蚀性能。

缩孔和缩孔面积的大小取决于合金的凝固收缩系数、金属液的流动性、结晶温度范围的宽度、铸锭的截面尺寸、铸造温度和凝固条件。合金的凝固收缩系数越大，铸锭截面尺寸越大，缩孔越严重。合金的结晶温度范围越窄、流动性越好，缩孔越集中，反之，合金的结晶温度范围越宽，凝固时越容易加宽结晶过渡区。形成缩孔。

产生缩孔和气孔的主要原因是冶炼工艺不合理、铸造温度低、补缩和断流不良、冷却强度高、拉速快、结晶器设计不合理、保温帽和水分太低、合金宽度宽等。结晶温度范围和流动性较差。

缩孔和缩孔的金相组织如图3和图4所示。

图3.铸造结束时，由于供给不良，头部出现缩孔，缩孔内有气体无法逸出。

图4的横截面显示了分散的缩孔，并伴有缩孔和周围的小裂纹。

04内含物

与基体有清晰界面、性质差异很大的金属或非金属称为夹杂物。

根据夹杂物的性质，可分为金属夹杂物和非金属夹杂物两大类。金属夹杂物是指不溶于母材的各种金属化合物的超晶、未熔化的高熔点纯金属颗粒和异物，非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、碳化物、熔剂、炉渣、涂层材料、炉渣等。衬砌碎屑和硅酸盐等

根据夹杂物类型的不同，可分为内源性夹杂物和外源性夹杂物。内源夹杂物可以以游离状态、以与基体金属结合的化合物状态或以各种杂质的组合状态存在。

首先从内生夹杂物中沉淀出来的高熔点金属化合物的初晶或纯金属通常以规则的粒状、块状、片状或针状形式分布得很不均匀。低熔点金属化合物通常以液滴、体、网络或薄膜的形式沿着晶界或枝晶轴沉积。在压力加工过程中，塑性好的夹杂物可以沿加工方向拉伸或变形，而塑性低的夹杂物在铸造过程中仍保持其形状或破碎成较小的颗粒并沿加工方向分布成断续的链状。

碎片是生产过程中炉衬和工具产生的碎片，通常较厚且形状不规则。由于它与基体具有完全不同的化学成分和结构，因此在断裂或切割时，根据颜色和腐蚀状态，它可能会出现不同的外观。

钢中非金属夹杂物的形貌如图5所示。

图5钢中非金属夹杂物

05裂纹

金属凝固过程中出现的裂纹称为热裂纹，凝固后出现的裂纹称为冷裂纹。裂纹会破坏金属的完整性，除了少数可以通过适当机械加工去除的裂纹外，裂纹通常在后续加工和使用过程中沿着应力集中区域进一步延伸，最终导致破裂。

热裂纹发生在铸锭未完全凝固时，或即使凝固后，晶界和枝晶间仍存在少量低熔点相，对液态金属、固相收缩和凝固收缩产生干扰。收缩应力超过当时的金属强度或线，当收缩量大于合金的延伸率时形成。热裂纹按其位置可分为表面裂纹、中心裂纹、放射状裂纹和侧面横向裂纹。热裂纹常沿晶界延伸，常呈曲折、不规则、分支状，裂纹内部可能有氧化膜或表面有轻微氧化色。

影响热裂纹的因素包括合金的性能、合金的凝固收缩系数和高温强度、注射工艺、铸锭的组织等。合金中的某些元素和不溶性低熔点杂质会显着增加热裂倾向。由于半连续钢锭的冷却速度较大，热裂倾向比铸铁钢锭大得多，而且铸造时提高拉速也使热裂倾向增大。截面尺寸越大，越容易发生热裂纹。

冷裂纹是在铸锭冷却到低温弹性状态时产生的，如果铸锭内外温差仍然较大，则收缩应力可集中在特定的薄弱区域。当应力超过金属的强度和塑性极限时，铸锭中就会出现冷裂纹。低温裂纹主要表现为晶内裂纹，多为线扩展，裂纹较为规则、平直。冷裂纹常常由热裂纹发展而来。

铸造裂纹的直接原因是铸造应力的存在，造成铸造裂纹的因素有铸造温度不合适、速度过高、冷却速度过大或过小、冷却不均匀、连铸停铸工艺不当、合金本身的热脆性、以及强度差、涂层材料或润滑剂选择不合理、结晶器、坩埚、支架、铸管等设计不良、变形或安装不当等。

铸造过程中的热裂纹和冷裂纹如图6和图7所示。

图6拉速过快引起的中心热裂纹

图7内应力冷裂纹

06冷冻隔离

铸锭表面的皱纹、堆垛缺陷和内部金属不连续性统称为冷隔。

绝缘锭外表面凹凸不平，层层不连续，断面剥落，中间常有一层氧化膜，并伴有气孔等缺陷。

根据形状的不同，保冷器可分为波纹型和叠片型两种。如果铸造温度较低，金属液面形成的薄凝壳将不会与随后浇注的金属熔合，从而导致波纹冷隔。层压冷隔离较为常见，因为熔融金属的静压大于金属的表面张力和氧化膜的强度，熔融金属穿透氧化膜进入结晶器壁，但强烈的冷却很快降低了结晶器壁的强度。金属的流动性降低，导致氧化膜凝结，不能与外壳熔合形成叠片冷绝缘体。

根据冷库所处位置的不同，冷库分为地表冷库、皮下冷库、中央冷库。

冷隔产生的原因铸造温度低、冷却液压力高、注射量不稳定、液位波动大、中流中断、供给不良是形成冷隔的重要因素。严重的表面冷隔延伸到铸锭，也会引起皮下冷隔，结晶器内壁结构设计不合理、选材不当等也可能引起冷隔。

冷隔是钢锭常见的缺陷之一，影响金属表面和内部的完整性，影响加工和使用，严重时会引起加工裂纹等表面缺陷。

冷绝缘缺陷形貌如图8所示。

图8中央冷隔离

07纹理不均匀

铸锭不同部位晶粒尺寸差异较大的现象称为晶粒不均匀性。

常见的有扁锭结晶中心中心线偏心，两侧有粗大的柱状晶，方向差大，柱状晶扭曲，方向无序。圆锭偏心严重，存在局部粗大柱状晶、局部细晶、粗大晶粒有浮晶或其他异常现象。

主要原因有结晶器内壁粗糙、结晶器变形、润滑剂涂层分布不均匀、冷却强度差异大、冷却液分布不均匀、注射角度不合理、方向紊乱、浇铸时间长、注射温度低等。让它慢慢冷却。

典型的颗粒不均匀性如图9所示。

图9颗粒严重不均匀，结晶方向混乱。

08其他表面缺陷