鑄造合金的收縮性及縮孔的形成

1.收縮的基本概念

液態(tài)合金當(dāng)溫度下降而由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時，因?yàn)榻饘僭佑山逃行蛑饾u轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程有序，以及空穴的減少及消失，一般都會發(fā)生體積減少。液態(tài)合金凝固后，隨溫度的繼續(xù)下降，原子間距離還要縮短，體積也近一步減少。鑄造合金在液態(tài)、凝固和固態(tài)冷卻的過程中，由于溫度的降低而發(fā)生體積減小的現(xiàn)象，稱為鑄造合金的收縮性。

收縮又是鑄件中許多缺陷，如縮孔、縮松、應(yīng)力、變形、和裂紋等產(chǎn)生的基本原因，是鑄造合金的重要鑄造性能之一。它對鑄件（如獲得符合要求的幾何形狀和尺寸，致密的優(yōu)質(zhì)鑄件）有著很大的影響。

鑄造合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌貢r的體積改變量來表示，稱為體積收縮。合金在固態(tài)時的收縮，除了用體積改變量表示外，還可用長度該變量來表示，稱為線收縮。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和制造模樣時，線收縮更有意義。線收縮率一般是體收縮率的1/3.合金在收縮要經(jīng)歷三個階段：液態(tài)收縮階段;凝固收縮階段;固態(tài)收縮階段。

(1)液態(tài)收縮 當(dāng)液態(tài)合金從澆注溫t澆冷卻至開始凝固的液相線溫度t液的收縮，由于合金處于液體狀態(tài)，故稱其為液態(tài)收縮，表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低。

（2）凝固收縮 對于具有一定溫度范圍的的合金，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時，由于合金處于凝固狀態(tài)，故稱為凝固收縮。這類合金的凝固體收縮主要包括溫度降低（于合金的結(jié)晶溫度范圍有關(guān)）和狀態(tài)改變（狀態(tài)改變時的體積變化）兩部分。

對于少數(shù)合金及金屬，因其凝固體收縮率為負(fù)值，所以凝固時發(fā)生體積增大。(Bi、Si、Bi-Si合金和灰鑄鐵)。

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。

（3）固態(tài)收縮 當(dāng)鑄造合金從固相線溫度t固冷卻到室溫t室的收縮，由于合金處于固體狀態(tài)，故稱為固態(tài)收縮。

但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于固態(tài)收縮往往表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減小，因此一般采用線收縮率來表示。

如果合金的線收縮不受到鑄型外部條件的阻礙，稱為自由收縮。負(fù)則，為受阻線收縮。

鑄造合金的線收縮不僅對鑄件的尺寸精度有著直接影響，而且是鑄件中產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、變形的基本原因。

2.鑄件線收縮率

以上討論的鑄造合金收縮率只與合金的化學(xué)成分、收縮系數(shù)、溫度變化以及相變時體積改變等因素有關(guān)。在進(jìn)行鑄件工藝設(shè)計(jì)時，考慮到收縮，需要將模樣尺寸放大，模樣尺寸L模與鑄件尺寸L件之間存在如下關(guān)系?！?/span>=L模-L鑄件/L?！?/span>100%

鑄件的鑄造收縮率不僅與所用合金的因素有關(guān)，而且還與鑄型工藝特點(diǎn)、鑄件結(jié)構(gòu)形狀以及合金在熔煉過程中溶解氣體量等因素有關(guān)。

二、鑄件中的縮孔和縮松

1.縮孔、縮松的基本概念

鑄件在冷卻凝固過程中，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地方出現(xiàn)孔洞。容積大而且比較集中的孔洞稱為縮孔；細(xì)小而且分散的孔洞稱為縮孔?？s孔的形狀不規(guī)則，表面粗糙，可以看到發(fā)達(dá)的樹枝晶末梢，故可以明顯地與氣孔區(qū)別開來。

鑄件中若有縮孔、縮松存在，一方面會使鑄件有效承載面積減小，另一方面引起應(yīng)力集中，且都會使鑄件的力學(xué)性能明顯降低。同時還降低鑄件的氣密性和物理化學(xué)性能。特別是對于耐壓零件，則容易發(fā)生滲漏而使鑄件報(bào)廢。

2縮孔的形成

縮松形成的基本原因和縮孔一樣，主要是由于合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，樹枝晶發(fā)達(dá)，合金液幾乎同時凝固，液態(tài)和凝固收縮形成的細(xì)小、分散孔洞得不到外部金屬液的補(bǔ)充而造成。

鑄件中形成縮孔和縮松的傾向與合金的成分之間有一定的規(guī)律性。定向凝固的合金傾向于產(chǎn)生集中縮孔；糊狀凝固的合金傾向于產(chǎn)生縮松，其縮孔和縮松的數(shù)量可以相互轉(zhuǎn)換，但他們總?cè)莘e基本保持不變。

3.影響縮孔、縮松大小的因素及防治措施

鑄造合金的液態(tài)收縮愈大，則縮孔形成的傾向愈大；合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬，凝固收縮愈大，則縮松形成的傾向愈大。凡能促使合金減小液態(tài)和凝固期收縮工藝措施（如調(diào)整化學(xué)成分，降低澆注溫度和減慢澆注速度，增大鑄件的激冷能力，增加在鑄件凝固過程中的補(bǔ)縮能力，對于灰口鑄件可促進(jìn)凝固期間的石墨化等），都有利于減小縮孔和縮松的形成。

針對合金的收縮和凝固特點(diǎn)制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補(bǔ)縮條件，盡可能地使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在最后的凝固位置。

要使鑄件在凝固過程建立良好的補(bǔ)縮條件，主要是通過控制鑄件凝固方式（采用設(shè)置冒口和冷鐵配合）使之符合“定向凝固原則”或“同時凝固原則”。