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凝固缺陷

1、在实际生产条件下，铸件的凝固是非平衡结晶过程，试分析溶质扩散系数s D 与

温度扩散率α在枝晶偏析形成的作用。答：1)11(000*-+-

=k k f kC C s s α 2s

D s τα= α单位s cm 3 ，此α为系数元量纲。（1）主要是s D ， s D ↓ →*s C ↑，偏析严重。

（2）α：0v ?α （冷却速度）；

↑→↑→0v α 偏析严重；

↑↑→

↑↑→0v α 偏析逐渐减弱，因此↓↓S ； ↑↑↑→↑↑↑→0v α 无枝晶偏析；

α：热扩散率（或导热系数）

2、能否把枝晶偏析看成正常偏析，它与宏观正常偏析在形成过程上有何异同？

答：（1）对一个枝晶来讲，枝晶偏析是由于溶质再分配造成的，属正常偏析。

（2）宏观正常偏析发生在逐层凝固时，由于溶质再分配造成的。

枝晶偏析：由于非平衡结晶造成枝晶各部分的成分不均匀，此时结晶以

枝晶方式生长的。

3、试分析枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响？

答：枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响：

从微观角度来讲，在枝晶间的流动：从热端→冷端：使冷端枝间偏析减弱；

从冷端→ 热端：使热端枝间偏析严重；

4、计算Al —Cu 4%合金铸锭在砂型中凝固时共晶体所占比例，并绘制出等浓度线

的示意图。

答： 10*0-=k L L f C C

铸造合金熔炼：P228 /图10-20

2.33*=L C 17.02

.337.50==k 117.042.33-=L f 3.8lg lg 83.0=-L f 10118.092.0lg -=-

=L f %808.0==L f ，有8%的共晶体，等浓度线分别见 P158 /图6-2 。

5、宏观正常偏析形成的条件是什么？为什么在实际生产中宏观正常偏析并不多

见？

答：宏观正常偏析的条件：逐层凝固时的单向凝固时。

实际生产中单向凝固的情况较少。

6、根据式（6-6）计算Al —Cu 4%合金和Al —Cu 1%合金铸件表面层同的平均含

量，从计算结果分析逆偏析的形成过程。

答：（1)

s g k s o df f c k s C c )1(100_00)1(%

4--==?

)1)(1(u v g --=β 表面层 0=v β-=∴1g

67.5)1(67.5)1(1

88.0168.0)1(68.0)1(417.0057

.01

012.01

0188.088.01

0)057.01()117.0(10=--=-+--?

=-=-?==+-----??s s s s s

s s f f df f df f C β （2）%10=C 取

057.0=β 42.1)1(12.0117.01

012

.0=-?-=-s s f C

逆偏析形成过程：P166

7、试分析铸件凝固方式与产生宏观偏析的关系及采用离心铸造生产的铸件易产生

带状偏析的原因？

答：逐层凝固：正常偏析。

糊状凝固：枝晶间存在流动，不易产生正偏析、负偏析、比重偏析、带状偏

析。

离心铸造：

机械振动：破坏凝固前沿溶质富集区，使溶质富集区周期地形成。

层流凝固：边流边凝，溶质到达不到最后凝固阶段。

8、以Cu —Zn 30%和Cu —Sn 10%两种合金生产铸件，哪种合金形成第二相的可

能性大？哪种合金的逆偏析倾向性大？

答： Cu —Sn 相图（合金熔炼P246 ）

5.25*=L C 53.05

.255.130==k %1414.086.047

.041.0lg 55

.2lg lg 47.055.2105.2547.0153.0==?-=-=?=-?=??=--L L L L l f f f f f Cu —Zn 相图（ P256） 5.37*=L C 87.05.375.320==

k %1818.075

.0lg 097.0lg 13.0305.37187.0==?-=?=-?=-L L L L f f f f

Cu —Zn 第二相可能性大；

Cu —Sn 逆偏析倾向较大；

Cu —Zn ：

℃7.2187.0)87.01(3084.4)1(84.45

.379035.1084000=-??=--=?-=--

=k k mc T m Zn Cu —Sn ：

℃3.9953.0)53.01(1020.11)1(20.115

.257995.1084000=-??=--=?-=--

=k k mc T m Sn 9、试分析常见气体以不同形态存在时，对铸件质量的影响。

答：热力学方面：

①温度和压力（总体分压）

)21e x p (0RT

H P k S ?-

= ↑P ↑S 时0>?H ↑T ↑S

时0

② 金属蒸汽压（实际是通过影响分压）。

③ 合金影响

a 、对活泼系数的影响 []↑↓→H f A h %

b 、生成化合物的影响（是属于热力学还是动力学？）

c 、对金属蒸汽压及气体分压的影响

↓↑→→↑

↑→→S 2蒸汽P Mg S P Al H

④ 复合气体：受对方浓度的影响

动力学因素：

合金对金属表面膜的影响：致密与疏松；

金属与气体作用时间；

10、试从相变理论讨论气体的生核、生长过程，并阐述衬底的湿润能力对气泡生

核和脱离的影响？

答：从相变理论：在凝固过程中由于溶质再分配造成了局部金属液含气量L x s c >，

则析出气体，此气体的析出是一个相变过程，和金属液析出金属晶体一样，

同样要有生核、成长过程。

若完全以纯气泡的形式生核时，J→О，生核率几乎为0，就以借助于金

属液中的异相提供衬底而生核，生核就需能量。

????--+--=)1(1)(0θσC O S S S s V P P E c n 生核后要生长，其条件：0P P n >

+++=222O N H n P P P P ........

P P P h a σ20++= θ角的影响：浮），易于脱离衬底而上易生核

?<↓↓→↑→90(θθE

11、在潮湿地区或雨季，铝合金、钢合金铸件因产生析出性气孔缺陷而大量报废，

试分析其原因及防止措施。

答：潮湿地区或雨季， O H 2较多，造成金属液与O H 2接触。

↑+↑?22222O H O H []→?H H 22 溶解到金属液中，所以在金属凝

固过程中析出2H ，造成气孔。

防止途径：

（1）减少金属液的原始含气量n C

a 、减少各种气体的来源；

b 控制熔炼温度；

c 、采用真空熔炼

（2）对金属液除气处理

a 、浮游去气

b 、真空去气

c 、氧化去气

d 、冷凝除气

（3）防止气体析出

a 、提高铸件冷却速度

b 、提高金属液凝固时的外压／

12、汽缸盖（HT200）因存在气孔而泄露，用电子探针检查发现气孔避 Al Si Mn

Ca 等元素含量较高，试判断该气孔的性质和产生途径。

答：反应性Η气孔。

Al Si Mn Ca 等强氧化性元素，

↑+=+22322)S iO (H O Al O H Mt 、、、、、、

[]H H →2，溶解到金属液中。

13、铸件中的皮下气孔有哪些共同特点？说明为什么？皮下气孔形成过程分哪几

个阶段？在每个阶段哪些因素起主导作用？

答：(1) 形成的共同特点 P185

形状：球状裂纹多为长条状垂直于铸造表面；

位置：皮下 1 ～ 3 mm ；

（2）说明:与铸型反应时根本原因，但与原始C0有关；

溶质扩散到一定阶段，随枝晶生长时析出；

浇注层助于吸收[Ν] [Η]的因素，使皮下气孔↑（如浇注温度高）。

（3）皮下气孔的形成阶段及主导因素：

①界面处反应：金属氧化，铸型燃烧热分解等，铸型成分；

②气体被吸收、扩散：扩散原子（数量温度等）；

③随结晶析出长大：结晶速度（溶质再分配）。

14、试分析金属中气体与杂质的关系。

答：

（1）气体是夹杂物来源：氧化物、氮化物包括溶入金属中的[Ο] [Ν] 及脱氧

时产生的，凝固过程中析出的低熔点的共晶及化合物。即：以化合物形

式存在的气体则为非金属夹杂物。

（2）气体可以带出夹杂物：去气处理时，使气体大量浮出可带出夹杂物。

（3）夹杂物作为气泡生核衬底：析出性气孔渣气孔。

（4）夹杂物也可形成气体：[][][]↑+→+CO Fe C FeO ，对皮下气孔，形

成夹杂物同时产生气体,↑+→+22H O Mt O H Mt m n

金属液表面逸出气体，减少O 的分压，减少氧化夹杂物。

15、试述浇注前和浇注过程中形成的非金属夹杂物在生产过程中有何异同？其成

分和组成有何异同？

答：浇注前：

夹杂物的生成过程是化学反应的平衡移动问题

成分和组成：多种形式：液态、固态，简单、复杂氧化物、硫化物。

浇注时：

时间短，氧通过扩散发生反应，未达平衡。

成分和组成：简单氧化物。

16、证明ｍ′＞ｍ时，发生化学反应。

'0ln 1ln 1ln ln ln lg m RT m

RT m RT J

RT K RT J

RT F F =+-=+-=+?=?

[][]'(0(1111m a a J m a a K O Mt O y Mt x y x Mt y o x Mt y

x ==

=+实际）实际）

时m m >'， 0

答：形成原因条件防止措施

缩孔固凝液V εεε>+V V 逐层凝固顺序凝固：

浇注系统、位置；冒口、冷铁；

加压、悬浮铸造；

缩松固凝液V εεε>+V V 糊状凝固

同上显微缩松固凝液V εεε>+V V 均存在 H a g s P r P P P ++>+σ2

主要：

加压补缩、热节静压

机械振动、电磁场、

离心力等。措施不同：仅为防止缩松可采用同时凝固，但可能出现缩松。

18、宏观缩松和显微缩松在形态、分布特征和形成过程上有何区别？与气体析出

相伴生成的显微缩松的形成条件是什么？对铸件质量有和影响？如何防止和

消除显微缩松？

答：宏观缩松：

形态：铸件内部比较密集的小孔洞，可见到枝晶末梢。

分布：冒口下、浇口根部、厚大热节中心、铸件轴线处。

形成过程：凝固区域较宽，倾向于糊状凝固方式时，固液态收缩和凝固收

缩到形成的细小孔洞分散且得不到外部金属液的补充而造成的（枝晶

分隔后的熔池）。

显微缩松：

形态：与微观气孔很难区分，且经常同时发生的，显微镜下才能观察到。

分布：晶间和分枝之间，各种金属铸件或多或少都存在。

形成过程：枝间或分枝间液体收缩得不到补充。

与气体伴生的条件：H a s g P r

P P P ++>+σ2 对铸件质量影响：1）降低铸件力学性能，尤其冲击韧性、延伸率↓↓

2）降低铸件的气密性和物理化学性能

3）一般铸件常常不作为缺陷

防止和消除：

在高压下浇注和凝固，机械振动、电磁场离心力、减少气体、控制晶粒大小。

19、顺序凝固与逐层凝固，同时凝固与体积凝固之间有何区别和联系？举例说明。

顺序凝固人为创造的凝固条件、方向。

同时凝固

逐层凝固

合金本身性能所决定。

糊状凝固

20、试分析Zn —Al 28%合金在砂型中铸造易产生底部缩孔的原因。

答：Zn —Al 28%

Zn ： 7.13g/cm3 熔点：419.5 ℃；

Al ： 2.7g/cm3 熔点：660.23℃；

Zn 在底部且后凝固

21、球铁铸件表面容易形成微缩孔，这种微缩孔是表面气体析出压力低于大气压

力造成的，试结合球铁凝固特点分析该缺陷产生过程。

答：球铁件表面出现微缩孔，因其糊状凝固特征，到凝固后期，表面仍不形成硬

壳，在晶间最后凝固处收缩得不到补缩，若此处同时存在气体而小于大气压

的话，在大气压力的作用下，使此处凹入。

22、%35.0=c w 碳钢的%6.1=液V ε，过热120℃，其总体积收缩率是多少？

%35.0=c w 碳钢的凝固收缩率为 %0.3=凝V ε 线收缩率%4.2=L ε

答：%6.1=液V ε %0.3=凝V ε

%2.7%4.233=?==L V εε固 %8.11)%2.70.36.1(=++=∴V ε

But 凝液固V εεε+>V V

23、试分析热裂与偏析以及与缩孔之间的关系：

答：偏析与热裂

（1）一般来讲，偏析促进热裂，因偏析液会形成低熔点共晶物以液膜形式

存在晶界，而产生热裂。

（2）若偏析液能形成高熔点固相夹杂，存在晶界，可以强化晶界使热脆区

变小，不易热裂。

（3）当低熔点存在偏析液较多时，可愈合裂纹，减轻热裂。

热裂与缩孔

（1）在铸件厚大部分产生集中缩孔时，此处易产生热裂，因此处为厚大部位，

集中变形较大。

（2）若铸件不产生集中缩孔而产生分散缩孔即缩松时，说明ΔΤf 较大，即ΔΤB

较大，所以热裂倾向大

24、晶间液膜的形态对形成热裂纹有何影响？共晶成分的合金在凝固后期也有液

膜存在，为什么产生热裂的倾向小？合金中存在能生成低熔点物质的元素，增

大合金的热裂倾向性，但合金在凝固末期存在一定量的液体又可防止热裂，试

分析之。

答：

（1）晶间液膜的形态对形成热裂纹的影响

sl ss

SL SS σσθθσσ22cos 2

cos

2==

θ ：液体双边角，0°～ 180° 液膜从铺展液膜到球状不铺展而变化，热裂倾

向逐渐减轻。

① θ＝0° 时，枝晶间的液体铺展成液膜，其界面张力将两侧的固体枝晶吸附

在一起。液膜的结合力很低，合金呈脆性，很小的应力就能使晶间断裂，

形成裂纹。

② 晶间残存少量以弧形式存在的液体，此时，在外力作用下，液体汇聚部位

产生应力集中，当应力大于合金此时刻的强度时，形成微裂纹。

（2）共晶成分

因R T ?较小，不易热裂；

凝固温度低，收缩量小；

树枝晶不发达，晶间液体易流动。

（3）存在一定量的液体可愈合热裂纹。

25、一种简单的鉴定合金由于收缩受阻产生热裂的装置如下图所示。试说明法兰

盘距离越长而不产生热裂的合金，其抗裂性越大。

答：法兰盘间距L 越长，线收缩量εL *L 越大，应力则大，若不裂，则说明高温

时强度高，不易热裂。

26、试分析灰铸铁件比碳钢件残余应力小的原因。

答： ()()()碳钢

灰铁碳钢灰铁碳钢

灰铁λλαα<<<321E E

27、工形铸件和T 型铸件的铸造工艺相同时，哪种铸件残余应力大？哪种铸件易

产生挠曲变形，为什么？并讨论防止措施。

答：I ：残余应力大，对称结构，不易变形而松弛应力。

T:饶曲变形，两杆粗细不同，产生应力，但结构不对称，易变形而松弛应力。

防止措施：包括应力，①合金 E 小、α小；②铸型，减小温度或减小b2;③

浇注温度高。

变形：除以上措施，还可以在工艺上采取以下措施。

①加大铸型刚度②控制和时间③反变形措施。

28、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。

答：按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：

（1）热裂纹，踏实在高温下产生的，特征是沿原奥氏体晶界开裂。热裂纹又

分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。

（2）再热裂纹，厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再热裂纹。多发生的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。再热裂纹的敏感温度，视钢种的不同约550～650℃。

（3）冷裂纹，它是焊后冷至较低温度下产生的，主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳和高碳钢的焊接热影响区。冷裂纹按被焊钢种和结构的不同又分为延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹。

（4）层状撕裂，轧制钢材的内部存在不同程度的分层夹杂物；在焊接时产生的垂直轧制方向的应力，致使热影响区附近或稍近的地方产生呈“台阶”形的层状开裂，并可穿晶扩展。它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃；常发生在厚壁结构的T型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。

（5）应力腐蚀裂纹，是容器、管道等在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下（包括工作应力和残余应力）产生一种延迟破坏的现象。形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。从端口来看，为典型的脆性断口。

29、分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹的影响。

答：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带。

产生结晶裂纹的原因，在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果，液态薄膜式产生结晶裂纹的内因。

30、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？

答：熔池结晶进入固液阶段后，由于液态金属少，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只要稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，故把这个阶段叫做“脆性温度区”。

在脆性温度区间内，焊缝金属抵抗结晶裂纹的能力较弱，所以在此阶段焊缝金属稍有变形就易产生裂纹，所以金属的塑性很低。

31、液化裂纹和多边化裂纹在本质上有何区别？在防止措施上有何不同？

答：

（1）液化裂纹：近缝区或多层焊的层间部位，在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂。

多边化裂纹：焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于这些晶格缺陷的迁移和聚集，便形成了二次便捷，即所谓“多边化边界”，这种多边化的边界，一般情况下并不与凝固晶界重合，在焊缝后的冷却过程中，由于热塑性降低，导致沿多边化的边界产生裂纹，故称多边化裂纹。

（2）液化裂纹的防止措施：

应从冶金和工艺两方面入手，特别是对冶金方面，尽可能降低母材金属中硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量十分有效的。

多边化裂纹的防止措施：

向焊缝加入提高多边化激化能的元素，可有效防止多边化过程。

32、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。

答：焊接冷裂纹的特征：

冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学部均匀的氢聚集的局部地带。有时沿晶界扩散断裂，有时是穿晶前进断裂。冷裂纹主要发生在焊缝金属中。

影响因素：

1）钢种化学成分的影响，钢种的碳含量越高，淬硬倾向越大，即增大冷裂纹的敏感性；

2）拘束应力的影响；

3）氢的有害影响；

4）焊接工艺对冷裂纹的影响，包括焊接线能量、预热、焊后后热、多层焊的影响。

33、为什么预热有防止冷裂纹的作用？它对防止热裂纹是否也有这种作用？

答：大量的生产时间和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分

布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂的三大主要因素。焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，粗大奥氏体将转变为粗大马氏体。焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展，而且在冷却速度很快的情况下，氢不易从焊缝中逸出，则接头的敏感性就越大。再加上不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力及其他应力的影响从而导致焊缝产生冷裂纹。而预热可减小焊缝的冷却速度，从而减少粗大马氏体的数量和扩散氢含量，而且有利于消除应力的影响，所以预热可以防止冷裂纹的产生。

34、简述再热裂纹的主要特征和产生再热裂纹的机理。

答：主要特征：

1）再热裂纹都是发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂；

2）进行消除应力处理之前焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中，残余应力与应力集中必须通知存在，否则不会产生再热裂纹。应力集中系数K 越大，产生再热裂纹所需的临界应力cr σ越小；

3）产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间，这个区间与再热温度及再热时间有关，随材料的不同而变化；

4）一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性。

产生机理：

焊后在热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。理论上产生再热裂纹的条件可用下式表达：c e e >，e ——粗晶区局部晶界的实际塑性变形量；c e ——粗晶区局部晶界的塑性变形能力，即再热裂纹的临界塑性变形量。

35、试述产生层状撕裂的原因，如何判断钢材产生层状撕裂的敏感性？

答：产生层状撕裂的原因：造成层状撕裂的根本原因在于钢材中存在较多的夹杂

物，而在轧制过程中，扎成平行于扎向的带状夹杂物，这就造成了钢材力学性能的各向异性。

层状撕裂的判据：

1）Z 向拉伸断面收缩率Z ψ为判据；

2）插销Z向应力为判据，层状撕裂敏感性评定公式：

[]

P——层状撕裂敏感指数（%）

P——化学成分裂纹敏感系数（%）

[]H——扩散氢含量（GB3965-83)(mL/100g）

S——钢中的含硫量（%）

36、采用宏观和微观分析如何能正确判断裂纹的性质？

答：

（1）所谓宏观分析，主要是采用常规的检测手段，根据材质和焊接材料的化学成分、建造过程中的焊接工艺和产品结构的运行工况条件，对已出现的裂纹进行定性地分析与判断。从低合金高强钢为例，各种强度级别的钢种，均有规定的化学成分标准。根据某钢种的化学成分就可以大致判断产生裂纹的可能性。如果在钢种和焊接材料化学成分正常的情况下，出现裂纹的重要原因之一就是施工时焊接工艺不当或违反某些施工规程所引起，环境有腐蚀介质，常使焊接结构产生应力腐蚀裂纹。在高温高压下长期使用的焊接结构，有可能产生再热裂纹和蠕变疲劳裂纹等。

（2）用宏观分析方法还不能得出肯定的结论，就需要采用微观分析方法进行深入地分析，使用光学显微镜、电子显微镜、扫描电镜、电子探针、以及俄歇能普和X光晶体衍射等手段来观察和分析裂纹的特征都属于微观分析的方法，一般情况下，利用光学显微镜观察组织和裂纹特征，基本上就可以确定出裂纹的性质。

铝合金汽车轮毂铸件凝固过程缺陷CAE分析

铝合金汽车轮毂铸件凝固过程缺陷CAE分析作者：曾红靳云飞张德强 1 引言缩孔、缩松缺陷是铸造生产中常见的缺陷，铸件凝固过程数值模拟的主要目的就是要预测铸件凝固过程中缩孔、缩松的形成，从而实现对铸件内部质量的控制。铸件成形过程通常经历液态冷却、固液转变和凝固后的继续冷却过程。其中液态冷却和固液转变一般产生较大的收缩。在铸件凝固初期，金属的液态收缩和固液转变所产生的收缩如果得不到有效的补缩，如冷却不合理，补缩通道过早的凝固被堵塞，就会在铸件中产生缩孔。—般缩孔表现为一次缩孔、二次缩孔等。而在铸件凝固后期，最后凝固部分的液态金属由于温度梯度很小，将以同时凝固方式进行凝固。开始是在整个液态金属内出现许多细小的晶粒。随着温度降低和晶粒的长大以及新晶粒的产生，最后凝固部分将出现许多被晶粒所隔离的孤立的液态金属，或者出现虽未被晶粒完全隔离，但与外界液态金属的通道很小的液态金属。由于此时液态金属的粘度很大，外界的液态金属很难给予补缩，这些液态金属在进一步冷却和凝固时，将与缩孔产生的过程—样，产生许多细小的孔洞，形成宏观缩松。同时，在晶粒的枝晶之间也将残存许多被孤立的液态金属。这些液态金属在凝固时，将产生更多和更细小的孔洞，形成微观缩松。 2 影响分析下面以某厂的铝合金轮毂铸件为例，利用CAE技术分析低压铸造凝固过程中浇注速度、冷却方式和模具结构对缩松，缩孔的影响。 (1)取浇注速度为1m/sec、3m/sec、5m/sec、8m/sec。铸件浇注温度取700℃；模具预热温度：200℃；空气温度：20℃；模具与模具界面热交换系数：1000W/(m2.K)；模具与铸件界面热交换系数：1500W/(m2.K)；模具与空气热交换系数：10W/(m2.K)；涂料与模具热交换系数；600W/(m2.K)。轮毂铸件材料ZL101，即：ω(Si)=7%；ω(Mg)=0.33%，余量为铝—ZL101铝合金。侧模为两横对开式。上、下模材料采用热作模具钢H13，侧模选用35CrMo模具钢。具体分析，如图1所示。

各种缺陷分析与产生原因

锻造成形过程中的缺陷及其防止方法一、钢锭的缺陷钢锭有下列主要的缺陷：（1）缩孔和疏松钢锭中缩孔和疏松是不可避免的缺陷，但它们出现的部位可以控制。钢锭中顶端的保温冒口，造成钢液缓慢冷却和最后凝固的条件，一方面使锭身可以得到冒口中钢液的补缩，另一方面使缩孔和疏松集中于此处，以便锻造时切除。（2）偏析钢锭中各部分化学成分的不均匀性称为偏析。偏析分为枝晶偏析和区域偏析两种，前者可以通过锻造以及锻后热处理得到消除，后者只能通过锻造来减轻其影响，使杂质分散，使显微孔隙和疏松焊和。（3）夹杂不溶于金属基体的非金属化合物称为夹杂。常见的夹杂如硫化物、氧化物、硅酸盐等。夹杂使钢锭锻造性能变化，例如当晶界处低熔点夹杂过多时，钢锭锻造时会因热脆而锻裂。夹杂无法消除，但可以通过适当的锻造工艺加以破碎，或使密集的夹杂分散，可以在一定程度上改善夹杂对锻件质量的影响。（4）气体钢液中溶解有大量气体，但在凝固过程中不可能完全析出，以不同形式残存在钢锭内部。例如氧与氮以氧化物、氮化物存在，成为钢锭中夹杂。氢是钢中危害最大的气体，它会引起“氢脆” ，使钢的塑性显著下降；或在大型锻件中造成“白点” ，使锻件报废。（5）穿晶当钢液浇注温度较高，钢锭冷却速度较大时，钢锭中柱状晶会得到充分的发展，在某些情况下甚至整个截面都形成柱状晶粒，这种组织称为穿晶。在柱状晶交界处（如方钢锭横截面对角线上），常聚集有易熔夹杂，形成“弱面” ，锻造时易于沿这些面破裂。在高合金钢锭中容易遇到这种缺陷。（6）裂纹由于浇注工艺或钢锭模具设计不当，钢锭表面会产生裂纹。锻造前应将裂纹消除，否则锻造时由于裂纹的发展导致锻件报废。（7）溅疤当钢锭用上注法浇注时，钢液冲击钢锭模底而飞溅到钢锭模壁上，这些附着的溅沫最后不能和钢锭凝固成一体，便成溅疤。溅疤锻造前必须铲除，否则会形成表面夹层。二、轧制或锻制的钢材中的缺陷轧制或锻制的钢材中往往存在如下缺陷：（1）裂纹和发裂裂纹是由于钢锭缺陷未清除，经过轧制或锻造使之进一步发展造成的。由于轧制或锻造的工艺规范不当，在钢材内引起很大的内应力，也会造成裂纹。断面大、合金元素多的钢材容易产生裂纹。发裂是深度为0.50～1.50mm 的发状裂纹，它是轧制或锻造时由于钢锭皮下气泡沿变形方向被拉长或夹杂物沿变形方向伸长而形成。发裂一般需经酸洗后才能发现。（2）伤痕和折叠伤痕是钢材表面上深约0.2～0.30mm 的擦伤、划伤细痕。折叠一般由于轧制或锻造工艺不当造成。（3）非金属夹杂和疏松

铸造工艺常见的缺陷及质量控制措施

铸造工艺常见的缺陷及质量控制措施发表时间：2019-11-14T10:42:50.050Z 来源：《科学与技术》2019年第12期作者：任宏宇 [导读] 铸造工艺过程复杂，影响铸件质量的因素很多，往往由于原材料控制不严，工艺方案不合理，生产操作不当，管理制度不完善等原因，会使铸件产生各种质量缺陷。【摘要】：铸造工艺过程复杂，影响铸件质量的因素很多，往往由于原材料控制不严，工艺方案不合理，生产操作不当，管理制度不完善等原因，会使铸件产生各种质量缺陷。如气孔、砂眼、渣孔、残渣、缩孔、缩松、裂纹、硬度不均匀、球铁件球化不良等。本文主要分析了常见铸造缺陷产生原因并提出质量控制措施。【关键词】：铸造工艺；常见缺陷；质量控制引言随着科技高速发展，对铸件的质量要求越来越高，铸件的检验方法也不同。同时从满足生产和客户的要求出发，铸件质量应包括：外观质量、内在质量、使用质量。而铸件外观质量显得尤为重要。其中以铸造缺陷当用时发现避免，因为铸造缺陷，是导致铸件性能低下，使用寿命短，失效和报废的重要原因。 1、铸造工艺问题的特点 1.1系统性铸造工艺问题本质上是矛盾的存在。根本原因是问题出现的直接矛盾，该原因的作用又是几个次级原因共同作用的成果，而次级原因是问题出现的间接矛盾，每个次级原因也会受到一个或多个因素的影响。根本原因与次级原因之间或直接矛盾与间接矛盾之间，以及次级原因或直接矛盾与影响因素之间，均以因果关系相连，构成一个呈树枝状的有机全体即体系。 1.2多要素性很多参考文献对各种铸造缺点及其构成机理进行了研讨，并对各种缺点的影响因素和避免办法予以分类和概括。研讨成果阐明铸造缺陷都由一个根本原因所导致，还受到一些有关因素的影响；这些因素自身又构成次级原因，相同也受到一些其它因素的影响。改动某些因素则可改动次级原因和根本原因的状况，进而影响、操控铸造缺陷的发生。这些因素和影响的相应因素一起，其相互间还存在必定作用，其作用强度关于不一样铸件还不完全相同。因而，这些要素间将存在必定的矛盾，处理铸造技术疑问则有必要消除矛盾或削弱其不良作用。 1.3开放性铸造缺点尽管呈现于铸件内，但其构成却与周围的环境条件有关。铸造技术中存在多个矛盾，有的是铸件内的矛盾，而有的则是铸件与环境之间的矛盾。铸件自身和环境构成两个小体系，其不只是内部存在作用，并且其间也存在相互作用，其作用形式为能量交换，使铸造技术问题表现出必定的开放性。因而，处理铸造技术问题不只要着眼于铸件自身，还需思考其周围环境条件的影响。综上所述，铸造技术问题是存在矛盾的复杂技术问题。处理此问题并改善铸造技术则须以减少铸造缺陷为目标，从全体观念入手，使用体系思维及办法，精确知道问题的成因并分析矛盾，然后进行铸造技术进一步优化，方能消除或减少铸造缺陷对铸件的影响，提高铸件质量和成品率。 2、铸造工艺常见的缺陷及质量控制措施 2.1气孔 2.1.1特征描述在铸件内部和铸件表面上经常看到一些大小不等的光滑孔洞，这些就是气孔，不同的气孔，由于其成因和来源的不同，因此导致了表现形式有各种各样。如常见的侵入性气孔、析出性气孔以及皮下气孔等。 2.1.2出现气孔的原因分析出现气孔的原因有很多，例如炉料不干或含氧化物、杂质多；浇注工具或炉前添加剂未烘干；型砂含水过多或起模和修型时刷水过多；型芯烘干不充分或型芯通气孔被堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。 2.1.3质量控制措施针对侵入性气孔尽快控制型砂或芯砂中发气物质的含量，减少发气量，而且要降低湿型砂的含水量，造型与修模时不能过多的和水，保证砂芯的干燥；析出性气孔多而分散，一般情况下，对于同批浇注的铸件其表面常常会发现有析出性气孔。铸造炉料要保证洁净干燥，对于含气量较多的炉料严禁使用，同时保证添加剂的干燥；对皮下气孔的预防控制，包括适当提高浇注温度，减少各种添加剂的加入剂量，尽量减少浇注时间；孕育剂的加入量最好控制在（质量分数）0.4%～0.6%，孕育剂含Al量不宜超过1.5%；防止铁液氧化，适当补加接力焦，严格控制进风量；在保证球化的前提下，尽量减少球化剂的加入量；浇注时在铁液表面覆盖冰晶石粉，防止铁液氧化。 2.2砂眼、渣孔 2.2.1特征描述材料的缺陷处内部或表面往往会充塞着型（芯）砂的小孔，这就是我们所谓的砂眼。如果是缺陷形状呈现出不规则性，且缺陷内部填充着夹杂物，这就称为渣孔。 2.2.2出现砂眼、渣孔的原因分析型砂的强度过低、或者是砂型和型芯不够结实、合箱时砂型出现了局部破坏、浇注系统不合理，内浇口方向不对，金属液冲坏了砂型；合型时型腔或浇口内散砂未清理干净 2.2.3砂眼、渣孔的质量控制措施砂眼的防止措施：第一、尽量提高型砂的强度以及砂型的结实度，紧实度，减少砂芯的毛刺，从而防止出现冲砂的现象。第二、合型前将型腔和砂芯表面的浮砂清理干净，并抓紧时间浇注。第三、设计科学有效的浇注程序，严格避免铁液对型壁过大的冲刷力。渣孔的质量控制措施：第一、防止铁液氧化，严格控制球化剂，孕育剂的加入量，球铁采用随流孕育一定要慎重。第二、设计科学有效的浇注程序，在浇注过程中安置滤网片，尽量提高滤网片的档渣能力，浇注过程中不能间断。第三、对二次渣要严格控制铁液的残余含镁量。降低原铁液含硫量，并提高处理温度与浇注温度，适当提高球化剂的稀土含量，降低材料中镁的含量。

铸造常见缺陷及对策

球铁是近40年来我国发展起来的重要铸造金属材料。由于球状石墨造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球铁的抗拉强度，塑性和韧性均高于其他铸铁。与相应组织的钢相比，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，屈强比可达0 7～0 8，几乎是一般碳钢的2倍，而成本比钢低，因此其应用日趋广泛。当然，球铁也不是十全十美的，它除了会产生一般的铸造缺陷外，还会产生一些特有的缺陷，如缩松、夹渣、皮下气孔、球化不良及衰退等。这些缺陷影响铸件性能，使铸件废品率增高。为了防止这些缺陷的发生，有必要对其进行分析，总结出各种影响因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的产生，提高铸件的力学性能及生产效益。本文将讨论球铁件的主要常见缺陷:缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。 1 缩孔缩松 1.1影响因素 (1)碳当量：提高碳量，增大了石墨化膨胀，可减少缩孔缩松。此外，提高碳当量还可提高球铁的流动性，有利于补缩。生产优质铸件的经验公式为Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。但提高碳当量时，不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。 (2)磷：铁液中含磷量偏高，使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。一般工厂控制含磷量小于0 08%。 (3)稀土和镁：稀土残余量过高会恶化石墨形状，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素，阻碍石墨化。由此可见，残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向，使石墨膨胀减小，故当它们的含量较高时，亦会增加缩孔、缩松倾向。 (4)壁厚：当铸件表面形成硬壳以后，内部的金属液温度越高，液态收缩就越大，则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。另外，若壁厚变化太突然，孤立的厚断面得不到补缩，使产生缩孔缩松倾向增大。 (5)温度：浇注温度高，有利于补缩，但太高会增加液态收缩量，对消除缩孔、缩松不利，所以应根据具体情况合理选择浇注温度，一般以1300～1350℃为宜。 (6)砂型的紧实度：若砂型的紧实度太低或不均匀，以致浇注后在金属静压力或膨胀力的作用下，产生型腔扩大的现象，致使原来的金属不够补缩而

低压铸造常见缺陷及预防

低压铸造常见缺陷及预防一、气孔： 1、特征（1）气孔：铸件内部由气体形成的孔洞类缺陷。其表面一般比较光滑，主要呈梨形、圆形或椭圆形。一般不在铸件表面露出，大孔常孤立存在，小孔则成群出现。（2）皮下气孔：位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型（铸型、湿芯、涂料、表面不干净的冷铁）之间发生化学反应产生的反应性气孔。形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。大小不一，深度不等。通常在机械加工或热处理后才能发现。（3）气窝（气坑式表面气孔）：铸件表面凹进去一块较平滑的气孔。（4）气缩孔：分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷。（5）针孔：一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。铝合金铸件中常出现这类气孔，对铸件性能危害很大。 ①点状针孔：此类针孔在低倍显微组织中呈圆点状，轮廓清晰且互不相连，能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。点状针孔由铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小，补缩能力良好的铸件中，如ZL102合金铸件中。当凝固速度较快时，离共晶成分较远的ZL105合金铸件中也会出现点状针孔。 ②网状针孔：此类针孔在低倍显微组织中呈密集相联成网状，伴有少量较大的孔洞，不易清点针孔数目，难以测量针孔的直径，往往带有末梢，俗称“苍蝇脚”。结晶温度宽的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中，此时结晶股价已形成，补缩通道被堵塞，便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。 ③混合型针孔：此类针孔点状针孔和网状针孔混杂一起，常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。针孔可按国家标准分等级，等级越差，则铸件的力学性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差。当达不到铸件技术条件所允许的针孔等级时，铸件将被报废，其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。（6）表面针孔：成群分布在铸件表层的分散性气孔。其特征和形成原因与皮下气孔相同，通常暴露在铸件表面，机械加工1～2mm后即可去掉。（7）呛火（呛孔）：浇注过程中产生的大量气体不能顺利排出，在金属液内发生沸腾，导致在铸件内产生大量气孔，甚至出现铸件不完整的缺陷。

20秋学期《连铸坯凝固与质量控制》在线平时作业1【东北大学答案51621】

20秋学期《连铸坯凝固与质量控制》在线平时作业1 红字部分为答案！单选题 1.适当提高铸坯中心等轴晶区的比例，下面哪一种工艺措施的叙述是不正确的 A.适当降低浇注温度； B.采用电磁搅拌技术； C.结晶器内的变质处理； D.在大包处理钢水； 2.亚包晶钢与高碳钢相比连铸时铸坯表面的渣层厚度哪一种钢的厚 A.亚包晶钢比高碳钢渣层厚； B.高碳钢比亚包晶钢渣层厚； 3.连铸坯在凝固过程中出现“小铸锭”凝固，是产生铸坯中心缺陷的重要因素，产生“小铸锭”凝固的原因，下面哪一种分析是正确的 A.拉速不稳定，二冷不均匀； B.结晶焕热过强； C.钢的过热度不稳定； 4.方坯结晶器传热与板坯结晶器传热有什么不同，下面分析哪一种是正确的 A.方坯结晶器传热与板坯结晶器传热，扳坯结晶器宽面更容易不均匀； B.方坯结晶器传热与板坯结晶器传热，方坯结晶器换热强度更大； C.方坯结晶器传热与板坯结晶器传热，板坯结晶器的液面释放热量更大； 5.连铸坯凝固传热过程中下面哪一种提法是不对的 A.释放全部的过热量； B.释放全部的凝固潜热； C.释放全部的显热； 6.二冷区的水流密度越高传热过程中的换热系数越大此种论述是否正确 A.正确； B.不正确； 7.连铸坯凝固传热模型中的换热系数的取值一般来说都可以依据推荐值确定，不会影响它的准确性和实用性判断对错 A.对； B.错； 8.大尺寸的铸坯如何增加中心区域的等轴晶比例，下面那一种工艺是不可行的 A.慢拉速； B.适当降低浇注温度； C.变质处理； D.提高二冷强度； 9.方坯与板坯比较二冷区传热最大不同是下面哪一种叙述 A.方坯与板坯比较二冷区传热最大不同是方坯主要是只有对流传热； B.方坯与板坯比较二冷区传热最大不同是板坯只有传导传热； C.方坯与板坯比较二冷区传热最大不同是它们的传热强度不同；

凝固缺陷及控制

凝固缺陷及控制凝固缺陷是金属在冷却凝固过程中极易出现的一类缺陷，它们以不同的类型和形态存在于固态金属中，对金属的性能产生不同程度的影响。本章主要介绍偏析、气孔、夹杂、缩孔、缩松和裂纹等重要凝固缺陷的形成机理、影响因素及控制措施。第一节合金中的成分偏析根据偏析范围的不同，可将偏析分为：微观偏析和宏观偏析两大类。微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象，按位置不同可分为晶内偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。宏观偏析是指凝固断面上各部位的化学成分不均匀现象，按其表现形式可分为正常偏析、逆偏析、重力偏析等。、微观偏析（一）晶内偏析晶内偏析：是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象，常产生于具有结晶温度范围、能够形成固溶体的合金中。枝晶偏析：固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶的枝干与后结晶的分枝也存在着成分差异。这种在树枝晶内出现的成分不均匀现象又称为枝晶偏析。晶内偏析程度取决于合金相图的形状、偏析元素的扩散能力和冷却条件。（1）合金相图上液相线和固相线间隔越大，则先、后结晶部分的成分差别越大，晶内偏析越严重。。（2）偏析元素在固溶体中的扩散能力越小，晶内偏析倾向就越大。如硅在钢中的扩散能力大于磷，故硅的偏析程度小于磷。（3）在其他条件相同时，冷却速度越大，则实际结晶温度越低，原子扩散能力越小，晶内偏析越严重。但另一方面，随着冷却速度的增加，固溶体晶粒细化，晶内偏析程度减轻。因此，冷却速度的影响应视具体情况而定。晶内偏析程度晶内偏析的危害：使晶粒内部成分不均匀，导致合金的力学性能降低，特别是塑性和韧性降低。（二）晶界偏析

在合金凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物常富集于晶界，使晶界与晶内的化学成分出现差异，这种成分不均匀现象称为晶界偏析。晶界偏析的产生一般有两种情况：（1）两个晶粒并排生长，晶界平行于晶体生长方向。由于表面张力平衡条件的要求，在晶界与液相的接触处出现凹槽，此处有利于溶质原子的富集，凝固后就形成了晶界偏析。（2）两个晶粒相对生长，彼此相遇而形成晶界。胞状偏析：固溶体合金凝固时，若成分过冷不大，会出现一种胞状结构。这种结构由一系列平行的棒状晶体组成，沿凝固方向长大，呈六方断面。当k0<1 时，六方断面的晶界处将富集溶质元素。这种偏析又称为胞状偏析。实质上，胞状偏析属于亚晶界偏析。晶界偏析的危害：晶界偏析比晶内偏析的危害性更大，它既能降低合金的塑性和高温性能，又能增加热裂倾向，因此必须加以防止。晶界偏析的防止措施：生产中预防和消除晶界偏析的方法与晶内偏析所采用的措施相同，即细化晶粒、均匀化退火。但对于氧化物和硫化物引起的晶界偏析，即使均匀化退火也无法消除，必须从减少合金中氧和硫的含量入手。二、宏观偏析（一）正常偏析正常偏析正常偏析的存在使铸件性能不均匀，随后的加工和处理也难以根本消除，故应采取适当措施加以控制。利用溶质的正常偏析现象，可以对金属进行精炼提纯。“区熔法”就是利用正常偏析的规律发展起来的。（二）逆偏析逆偏析：铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即k0<1 时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上部含溶质较少，这种现象称为逆偏析。逆偏析的危害：逆偏析会降低铸件的力学性能、气密性和切削加工性能。逆偏析的形成特点：结晶温度范围宽的固溶体合金和粗大的树枝晶易产生逆偏析，缓慢冷却时逆偏析程度增加。若液态合金中溶解有较多的气体，则在凝固过程中将促进逆偏析的形成。逆偏析的形成原因：在于结晶温度范围宽的固溶体型合金，在缓慢凝固时易形成粗大的树枝晶，枝晶相互交错，枝晶间富集着低熔点相，当铸件产生体收缩时，低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。

连铸坯凝固组织和缺陷冷酸蚀检验法

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图1 结晶器出口处坯壳的凝固组织(横向断面×2.5) 钢种16Mn 规格150mm×1200mm 下缘是铸坯表面 3.1.2 柱状晶靠近激冷层的柱状晶很细，基本上不长侧枝，沿断面没有明显的倾角，这是由于靠近激冷层温度梯度较大的缘故。随后，柱状晶开始改变方向，向上倾斜10°左右。从铸坯外缘向中心，柱状晶的数量由多变少，由只有二次枝晶发展到具有多次枝晶，即柱状晶由细变粗，断面由简单变复杂。对于弧形连铸机生产的铸坯来说，内弧侧的柱状晶带往往要比外弧侧发达，一方面是因为在重力作用下，一部分晶核沉积到外弧侧，使外弧侧等轴晶增加；另一方面，结晶器中从浸入式水口流入的钢水，在内外弧侧形成的钢水流股的不对称性，也会阻止柱状晶生长。因此，内弧侧柱状晶长，外弧侧柱状晶短。正常柱状晶凝固组织如图2所示，内弧侧柱__状晶长如图3所示，柱状晶搭头如图4所示，柱状晶倾斜如图5所示。图2 正常柱状晶凝固组织(横向断面×2.5) 钢种16Mn 规格150mm×1200mm 图3 内弧侧柱状晶长(横向断面×1.8) 钢种低碳钢w(C)=0.06% 规格210mm×150mm 图4 柱状晶搭头(横向断面×1.5) 钢种SPHC 规格230mm×1650mm

a.取样位置图(纵向断面) b.柱状晶倾斜图像(×1.4) 图5 连铸板坯柱状晶倾斜钢种DH362C 规格300mm×1650mm 如图3所示，可用柱状晶长短来判断铸坯的内外弧侧，柱状晶长的为内弧侧，柱状晶短的为外弧侧。如图5所示，1号试样柱状晶偏斜角度大约为30°，2号试样为15°，而3号试样柱状晶未发生偏斜，表明液相穴内钢液流速从边缘向中心逐渐减慢。观察柱状晶偏斜，研究液相穴内钢液流速大小和变化情况，可以为促进夹杂物上浮和控制坯壳厚度的均匀性提供可靠的依据。 3.1.3 交叉柱状晶对于弧形连铸机生产的铸坯来说，在一般情况下，交叉柱状晶分布在柱状晶和中心等轴晶之间。检验分析认为，由于凝固壳逐渐加厚，在凝固前沿单向传热减弱，产生交叉方向传热，此时两相区过热度还没有完全消失，还存在温度梯度，所以先形成交叉柱状晶，然后才形成中心等轴晶。对外弧侧来说，还有折断的树枝晶下沉，增加交叉柱状晶带的厚度，因此，外弧侧的交叉柱状晶带厚度大于内弧侧。由于交叉柱状晶晶轴彼此相嵌，改变了柱状晶晶轴彼此平行的状态，有减少铸坯各向异性效应的作用。交叉柱状晶如图6所示。图6 交叉柱状晶(横向断面 ×1) 钢种U71Mn 规格280mm×380mm 3.1.4 中心等轴晶对弧形连铸机来说，自由晶和熔断的树枝晶在重力作用下向外弧侧沉降，因此，外弧侧的中心等轴晶带比内弧侧宽。中心等轴晶如图7所示。

凝固缺陷

凝固缺陷 1、在实际生产条件下，铸件的凝固是非平衡结晶过程，试分析溶质扩散系数s D 与温度扩散率α在枝晶偏析形成的作用。答：1)11(000*-+- =k k f kC C s s α 2s D s τα= α单位s cm 3 ，此α为系数元量纲。（1）主要是s D ， s D ↓ →*s C ↑，偏析严重。（2）α：0v ?α （冷却速度）； ↑→↑→0v α 偏析严重； ↑↑→ ↑↑→0v α 偏析逐渐减弱，因此↓↓S ； ↑↑↑→↑↑↑→0v α 无枝晶偏析； α：热扩散率（或导热系数） 2、能否把枝晶偏析看成正常偏析，它与宏观正常偏析在形成过程上有何异同？答：（1）对一个枝晶来讲，枝晶偏析是由于溶质再分配造成的，属正常偏析。（2）宏观正常偏析发生在逐层凝固时，由于溶质再分配造成的。枝晶偏析：由于非平衡结晶造成枝晶各部分的成分不均匀，此时结晶以枝晶方式生长的。 3、试分析枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响？答：枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响：从微观角度来讲，在枝晶间的流动：从热端→冷端：使冷端枝间偏析减弱；从冷端→ 热端：使热端枝间偏析严重； 4、计算Al —Cu 4%合金铸锭在砂型中凝固时共晶体所占比例，并绘制出等浓度线的示意图。答： 10*0-=k L L f C C 铸造合金熔炼：P228 /图10-20

2.33*=L C 17.02 .337.50==k 117.042.33-=L f 3.8lg lg 83.0=-L f 10118.092.0lg -=- =L f %808.0==L f ，有8%的共晶体，等浓度线分别见 P158 /图6-2 。 5、宏观正常偏析形成的条件是什么？为什么在实际生产中宏观正常偏析并不多见？答：宏观正常偏析的条件：逐层凝固时的单向凝固时。实际生产中单向凝固的情况较少。 6、根据式（6-6）计算Al —Cu 4%合金和Al —Cu 1%合金铸件表面层同的平均含量，从计算结果分析逆偏析的形成过程。答：（1) s g k s o df f c k s C c )1(100_00)1(% 4--==? )1)(1(u v g --=β 表面层 0=v β-=∴1g 67.5)1(67.5)1(1 88.0168.0)1(68.0)1(417.0057 .01 012.01 0188.088.01 0)057.01()117.0(10=--=-+--? =-=-?==+-----??s s s s s s s f f df f df f C β （2）%10=C 取 057.0=β 42.1)1(12.0117.01 012 .0=-?-=-s s f C 逆偏析形成过程：P166 7、试分析铸件凝固方式与产生宏观偏析的关系及采用离心铸造生产的铸件易产生带状偏析的原因？答：逐层凝固：正常偏析。

第九章凝固缺陷

第九章凝固缺陷 1、在实际生产条件下，铸件的凝固是非平衡结晶过程，试分析溶质扩散系数s D 与温度扩散率α在枝晶偏析形成的作用。答：1)11(000*-+- =k k f kC C s s α 2s D s τα= α单位s cm 3 ，此α为系数元量纲。（1）主要是s D ， s D ↓ →*s C ↑，偏析严重。（2）α：0v ?α （冷却速度）； ↑→↑→0v α 偏析严重； ↑↑→ ↑↑→0v α 偏析逐渐减弱，因此↓↓S ； ↑↑↑→ ↑↑↑→0v α 无枝晶偏析； α：热扩散率（或导热系数） 2、能否把枝晶偏析看成正常偏析，它与宏观正常偏析在形成过程上有何异同？答：（1）对一个枝晶来讲，枝晶偏析是由于溶质再分配造成的，属正常偏析。（2）宏观正常偏析发生在逐层凝固时，由于溶质再分配造成的。枝晶偏析：由于非平衡结晶造成枝晶各部分的成分不均匀，此时结晶以枝晶方式生长的。 3、试分析枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响？答：枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响：从微观角度来讲，在枝晶间的流动：从热端→冷端：使冷端枝间偏析减弱；从冷端→ 热端：使热端枝间偏析严重； 4、计算Al —Cu 4%合金铸锭在砂型中凝固时共晶体所占比例，并绘制出等浓度线的示意图。答： 10*0-=k L L f C C 铸造合金熔炼：P228 /图10-20

2.33*=L C 17.02 .337.50==k 117.042.33-=L f 3.8lg lg 83.0=-L f 10118.092.0lg -=- =L f %808.0==L f ，有8%的共晶体，等浓度线分别见 P158 /图6-2 。 5、宏观正常偏析形成的条件是什么？为什么在实际生产中宏观正常偏析并不多见？答：宏观正常偏析的条件：逐层凝固时的单向凝固时。实际生产中单向凝固的情况较少。 6、根据式（6-6）计算Al —Cu 4%合金和Al —Cu 1%合金铸件表面层同的平均含量，从计算结果分析逆偏析的形成过程。答：（1) s g k s o df f c k s C c )1(100_00)1(% 4--==? )1)(1(u v g --=β 表面层 0=v β-=∴1g 67.5)1(67.5)1(1 88.0168.0)1(68.0)1(417.0057 .01 012.01 0188.088.01 0)057.01()117.0(10=--=-+--? =-=-?==+-----??s s s s s s s f f df f df f C β （2）%10=C 取 057.0=β 42.1)1(12 .0117.01 012.0=-?-=-s s f C 逆偏析形成过程：P166 7、试分析铸件凝固方式与产生宏观偏析的关系及采用离心铸造生产的铸件易产生带状偏析的原因？答：逐层凝固：正常偏析。