铸件中的气体课件.ppt

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1、铸件中的气体第1页，此课件共28页哦三、气体溶解度的表示方法三、气体溶解度的表示方法1.气体溶解度气体溶解度在一定温度和该气体分压下，金属吸收气体的饱和浓度在一定温度和该气体分压下，金属吸收气体的饱和浓度2.常用表示方法常用表示方法100g金属所能溶解的气体在标准状态下的体积金属所能溶解的气体在标准状态下的体积氢：氢：1.0cm3/（100g）0.9ppm氧：氧：1.0cm3/（100g）12.5ppm氮：氮：1.0cm3/（100g）14.3ppmcm3/（100g）:质量分数质量分数ppm：2第2页，此课件共28页哦四、气体对铸件质量的影响四、气体对铸件质量的影响5.降低铸件的气密性降低铸

2、件的气密性1.减少铸件的有效工作面减少铸件的有效工作面2.产生应力集中，成裂纹源产生应力集中，成裂纹源3.降低铸件的强度和塑性降低铸件的强度和塑性4.降低铸件的疲劳强度降低铸件的疲劳强度3第3页，此课件共28页哦7-2 气体在金属中的溶解与析出气体在金属中的溶解与析出一、金属的吸气过程一、金属的吸气过程气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为原子，并吸附在金气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为原子，并吸附在金属表面上，经扩散进入金属内部，最后，已溶解的气体原子在金属表面上，经扩散进入金属内部，最后，已溶解的气体原子在金属内均匀化。属内均匀化。二、单质气体在金属中的溶解二、单质气体在金属中的

3、溶解影响溶解度的主要因素影响溶解度的主要因素温度和气体压力温度和气体压力金属蒸汽压金属蒸汽压合金成分合金成分定义：定义：4第4页，此课件共28页哦1.温度和气体压力的影响温度和气体压力的影响H对对Fe、Cu、Al、Mg、Ni、Cr、Co等是吸热，等是吸热，N对对-Fe以及后续以及后续金属也是吸热金属也是吸热氢对氢对Ti、V、Zr、Pd、Th等金属溶解是放热等金属溶解是放热1）T定值，定值，p增大；增大；S增大增大2）p定值，定值，T变化变化T增大，吸热（增大，吸热（）S增大增大a.无相变无相变T增大，放热（增大，放热（）S减小减小b.有相变有相变相变前后，相变前后，S变化规律跟无相变相同；升温

4、到变化规律跟无相变相同；升温到T0相变，相变，S徒然增大徒然增大局限性：局限性：金属液温度接近沸点时，其溶解度逐渐降低，在沸点时，金属液温度接近沸点时，其溶解度逐渐降低，在沸点时，气体的溶解度为零。气体的溶解度为零。5第5页，此课件共28页哦2.金属蒸汽压的影响金属蒸汽压的影响蒸汽压大，金属易挥发，蒸汽压大，金属易挥发，如如Mg，Zn等；等；蒸汽压小，金属难挥发，蒸汽压小，金属难挥发，如如Fe-C、Cu等等气体在金属中的溶解度随金属蒸汽压的升高而降低气体在金属中的溶解度随金属蒸汽压的升高而降低6第6页，此课件共28页哦3.合金成分的影响合金成分的影响1）对活度及活度系数的影响）对活度及活度系数

5、的影响增大氢、氮活度系数的元素，都使合金液中氢、氮的溶解度减少。增大氢、氮活度系数的元素，都使合金液中氢、氮的溶解度减少。7第7页，此课件共28页哦8第8页，此课件共28页哦9第9页，此课件共28页哦2）形成化合物）形成化合物与金属生成稳定化合物，不溶金属，失去吸气能力，溶解度降低与金属生成稳定化合物，不溶金属，失去吸气能力，溶解度降低与气体生成稳定化合物，溶于金属，溶解度增大与气体生成稳定化合物，溶于金属，溶解度增大3）元素对表面膜的影响）元素对表面膜的影响元素使表面膜疏松元素使表面膜疏松吸气加快吸气加快Mg，Na，Ca加入到加入到Al合金合金元素使表面膜致密元素使表面膜致密吸气减慢吸气减慢

6、Be加入到加入到AlMg合金合金10第10页，此课件共28页哦4）合金液与蒸汽接触作用）合金液与蒸汽接触作用金属脱氧能力强，从蒸汽中还原氢原子，溶解，增加吸气金属脱氧能力强，从蒸汽中还原氢原子，溶解，增加吸气如：铁液中的微量铝，能起到增氢如：铁液中的微量铝，能起到增氢5）提高合金的蒸汽压）提高合金的蒸汽压如：镁在铁液中易挥发，提高铁水的蒸汽压，降低气体溶解度如：镁在铁液中易挥发，提高铁水的蒸汽压，降低气体溶解度11第11页，此课件共28页哦三、复合气体在金属中的溶解三、复合气体在金属中的溶解复合气体：复合气体：CO,CO2,H2O,NH3,SO2特点：组元彼此相关特点：组元彼此相关温度一定，氢

7、的饱浓度随分压增大而增大，随氧含量的增加而温度一定，氢的饱浓度随分压增大而增大，随氧含量的增加而减少。减少。12第12页，此课件共28页哦四、气体的析出四、气体的析出析出形式析出形式扩散逸出扩散逸出与金属内的某些元素形成化合物（夹杂排除）与金属内的某些元素形成化合物（夹杂排除）以气泡形式从金属液中逸出以气泡形式从金属液中逸出1.扩散逸出扩散逸出吸热：吸热：温度下降越低，气体析出分压力越大，溶解的气体越处于温度下降越低，气体析出分压力越大，溶解的气体越处于饱和状态，气体越易向外扩散。饱和状态，气体越易向外扩散。13第13页，此课件共28页哦2.以气泡形式从金属液中析出以气泡形式从金属液中析出析出

8、过程析出过程生核生核长大长大上浮上浮1）生核）生核前提条件：前提条件：溶解气体过饱和溶解气体过饱和自发形核几率极小自发形核几率极小a.自发形核自发形核14第14页，此课件共28页哦b.非自发形核非自发形核为任意值，为任意值，越大，越容易形核。越大，越容易形核。问题：问题：在枝晶何处容易生核？在枝晶何处容易生核？一定，一定，越大，越容易生核越大，越容易生核15第15页，此课件共28页哦2）长大）长大长大条件：长大条件：16第16页，此课件共28页哦3）上浮）上浮a.气泡脱离衬底的能力主要取决于相间界面张力气泡脱离衬底的能力主要取决于相间界面张力17第17页，此课件共28页哦1.接触角小于接触角小

9、于90度，气泡容易逸出；大于度，气泡容易逸出；大于90度，由于形成细颈需要度，由于形成细颈需要时间，当结晶速度大于气泡脱离速度时，容易形成气孔。时间，当结晶速度大于气泡脱离速度时，容易形成气孔。2.凡能减小液气和液固两项表面张力以及增大固气表面张力的因素，都有利凡能减小液气和液固两项表面张力以及增大固气表面张力的因素，都有利于气泡脱离衬底，向外析出。于气泡脱离衬底，向外析出。结论：结论：3.固液界面推进速度小，气泡可以有充分的时间排出固液界面推进速度小，气泡可以有充分的时间排出18第18页，此课件共28页哦7-3 析出性气孔析出性气孔一、特征一、特征a.析出性气孔定义：析出性气孔定义：金属液凝

10、固过程中，因过饱和气体溶解度下降析出气体、形成金属液凝固过程中，因过饱和气体溶解度下降析出气体、形成气泡未能排除而形成的气孔。气泡未能排除而形成的气孔。b.特征：特征：氢气孔和氮气孔。氢气孔和氮气孔。铝合金铸件，铸钢铸件铝合金铸件，铸钢铸件断面上均匀分布，最后凝固部位、热节及冒口附近中心最为密集。断面上均匀分布，最后凝固部位、热节及冒口附近中心最为密集。1.分布：分布：2.形状：形状：团球状、多角状、断续裂纹状和混合形团球状、多角状、断续裂纹状和混合形3.气孔种类：气孔种类：4.铸件材质铸件材质19第19页，此课件共28页哦二、析出性气孔的形成二、析出性气孔的形成1.析出性气孔的形成机理析出性

11、气孔的形成机理溶质再分配理论溶质再分配理论20第20页，此课件共28页哦21第21页，此课件共28页哦析出性气孔的形成机理：析出性气孔的形成机理：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在固液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，固液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。保留在铸件中成为析出性气孔。2.产生析出性气孔倾向性的判断产生析出性气孔倾向性的判断1）析出性气孔的判据）析出性气

12、孔的判据或或气孔判据的物理意义：气孔判据的物理意义：稳定生长时凝固界面上液相的气体浓度比原始气体浓度所增加稳定生长时凝固界面上液相的气体浓度比原始气体浓度所增加的倍数。的倍数。当稳定生长时：当稳定生长时：22第22页，此课件共28页哦2）以临界过饱和浓度判断）以临界过饱和浓度判断跟铸造条件有关，由试验确定跟铸造条件有关，由试验确定金属型铸造临界过饱和浓度值比砂型铸造的大金属型铸造临界过饱和浓度值比砂型铸造的大23第23页，此课件共28页哦三、影响析出性气孔的主要因素三、影响析出性气孔的主要因素1）合金原始含气量）合金原始含气量2）合金成分）合金成分3）气体的性质）气体的性质4）外界压力）外界压

13、力5）铸件的凝固方式）铸件的凝固方式逐层凝固逐层凝固体积凝固体积凝固24第24页，此课件共28页哦四、防止析出性气孔的途径四、防止析出性气孔的途径1.减少金属液的原始含气量减少金属液的原始含气量a.减少气体的来源减少气体的来源b.控制好熔炼温度控制好熔炼温度c.真空熔炼真空熔炼2.除气处理除气处理a.浮游去气浮游去气b.真空去气真空去气c.氧化去气氧化去气d.冷凝去气冷凝去气3.阻止气体析出阻止气体析出提高铸件的冷却速度提高铸件的冷却速度提高金属凝固时的外压提高金属凝固时的外压e.精炼去气精炼去气25第25页，此课件共28页哦7-4 反应性气孔反应性气孔一、特征一、特征a.反应性气孔的定义：反

14、应性气孔的定义：金属液与铸型之间、金属与熔渣之间或金属液内部某些元素、金属液与铸型之间、金属与熔渣之间或金属液内部某些元素、化合物之间发生化学反应所产生的气孔。化合物之间发生化学反应所产生的气孔。b.特征：特征：分布在皮下分布在皮下1-3mm；球状、梨状、多呈长条状垂直于铸件表面；球状、梨状、多呈长条状垂直于铸件表面；表面光滑，呈银白色或金属亮色表面光滑，呈银白色或金属亮色c.金属与铸型之间的反应气孔金属与铸型之间的反应气孔d.金属内部的反应气孔金属内部的反应气孔蜂窝状、分布均匀蜂窝状、分布均匀26第26页，此课件共28页哦二、金属与铸型间的反应性气孔（皮下气孔）二、金属与铸型间的反应性气孔（

15、皮下气孔）氢气、氮气和一氧化碳氢气、氮气和一氧化碳常见气孔：常见气孔：1.氢气孔氢气孔a.置换元素置换置换元素置换FeC合金置换元素：合金置换元素：C、Si、Mn、Al等等1）氢气的来源）氢气的来源b.铸型或实型化合物的分解铸型或实型化合物的分解粘结剂、实型铸造粘结剂、实型铸造2）氢气的生核）氢气的生核a.溶质的再分配，凝固前沿液相富集氢，形成过饱和浓度区；溶质的再分配，凝固前沿液相富集氢，形成过饱和浓度区；依附某些氧化物或固相质点形核；随着凝固前沿的推移，气泡依附某些氧化物或固相质点形核；随着凝固前沿的推移，气泡沿枝晶间长大。沿枝晶间长大。27第27页，此课件共28页哦b）氢气以）氢气以CO

16、或以蒸汽为核心或以蒸汽为核心3）氢气的敏感性）氢气的敏感性铸件的厚度铸件的厚度薄壁件薄壁件凝固速度快易行壳，金属液与铸型相互作用的时间凝固速度快易行壳，金属液与铸型相互作用的时间短，吸收氢量少，不易产生皮下气孔短，吸收氢量少，不易产生皮下气孔厚件厚件凝固速度慢，吸气有足够时间向内扩散，气体凝固速度慢，吸气有足够时间向内扩散，气体溶质在截面均匀分布溶质在截面均匀分布中等壁厚件中等壁厚件金属液与铸型相互作用时间较长，吸收的气体金属液与铸型相互作用时间较长，吸收的气体又不能充分向内扩散，表面层气体溶质富集区，又不能充分向内扩散，表面层气体溶质富集区，有可能产生皮下气孔。有可能产生皮下气孔。28第28页，此课件共28页哦