金属铸造件组织缺陷分析

DOI：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920144

金属铸造件组织缺陷分析

朱巍峰

冯

楠

陈正华

张斯宇

河北邯郸

056000

中国船舶重工集团公司第七一八研究所

摘要：介绍了常见的铸造缺陷，分析了这几种铸造缺陷的成因以及危害，并从结晶的微观角度分析了缩孔产生的成因。提出了部分消除铸造缺陷的应用措施。

关键词：金属铸造；缺陷随着工业技术的发展与人们对产品需求种类的增多，铸造的应用越来越广泛，无论是机床，汽车，发电机，乃至日益风靡

的智能门锁，

都用到了铸造件。金属的铸造主要可分为两类：砂型铸造和特种铸造。

金属铸造其实就是液态金属转变成固态的过程，期间液态金属要经历晶核形成，长大，完全结晶等一系列过程才能转化成固态金属。液态金属铸型中凝固得到铸件，虽然此结晶过程

都遵循着普遍规律，

但在铸件冷却过程中条件的复杂性，给铸态组织带了许多特点。铸态组织包括晶粒的大小、形状和取

向，合金元素和杂质的分布以及铸件中的缺陷（缩孔、气孔、夹杂）等。［1］

对于铸件而言，铸态组织会直接影响到铸件的力学性能和使用寿命。因此，分析铸件组织缺陷就显得尤为重要。下面针对几种常见的铸件缺陷进行讨论分析。

1缩孔

1．1产生原理

在金属由液态在凝固时体积收缩，会产生孔洞，产生孔洞后如果没有液体金属继续补充，此孔洞就会保留下来，称作缩孔。缩孔可分为集中缩孔和分散缩孔。

当液态金属注入铸型后，有一部分液态金属先结晶，此部分的体积收缩后，未结晶的液态金属会自动补充过来，最后结

晶的部分体积收缩后得不到补充，

整个铸件结晶时体积收缩都集中到这一部分，称之为集中缩孔，集中缩孔有可能发生在铸

件内部，

也有可能形成在铸件表面。由于大部分的金属都属于粗糙界面物质，而粗糙界面物质在负的温度梯度下结晶时，结晶方式为枝状，称之为枝晶，枝晶

形成后相互穿插，

晶枝之间的液态金属被分隔，凝固收缩时得不到其他液态金属的补充，整个结晶过程结束后，会形成许多

分散的缩孔，

也可称之为缩松。如图1所示。图1枝晶

缩孔作为铸件的一种缺陷，是裂纹源的高发位置，缩孔位

置处如果受力则会导致应力集中，

另一方面也会使得零件有效承载面积变小，从而导致铸件的承载能力降低。

1．2改善措施

（1）压力加工。如果缩孔产生在零件内部，或者对于分散缩孔而言，一般此处气孔表面的金属还未被氧化，可通过压力加工的方法使得此处的金属焊合。

（2）改进铸件结构。有的零件设计时，没有考虑到壁厚对结晶过程的影响，铸件结构壁厚不均匀，而壁厚较厚的地方凝

固时间长，

产生缩孔的几率大。应改进铸件设计，令壁厚缓慢过渡。

（3）增加铸件冒口。增设冒口，使得缩孔集中在冒口处。铸造完成后，再将此处冒口切除掉。

2气孔

2．1产生原理一般来说，金属液体中会溶有一定量的气体，常见的有氮气、氢气等，在金属由液态凝固成固态的过程中，这些气体的溶

解度变小，

形成气泡后便会溢出，有的气泡能够在金属凝固之前逃出去，有的会保留在铸件内部或者堆积在铸件表面，形成气孔缺陷。如图2所示。

图2气孔的分布位置

堆积在表面的气泡，一般肉眼可见，有的也称之为砂眼。内部气孔若出现在靠近铸件表层处，则可能引起鼓包等现象，若出现在离中心层较近的地方，则很难被发现，此处容易产生应力集中，是裂纹源的高发区，但这样的气孔还未被氧化，在压力加工时，一般都可被焊合。

2．2改善措施

（1）减少液体金属与气体的接触面积，对金属进行除气处

理。（2）使用的添加剂要保持干燥，

防止带入水汽。（3）脱模剂的使用不宜过多。（4）合理设计铸造工艺，避免由于浇铸过程中卷入更多的气体。

消除气孔的总的原则是要将金属液中气体排出，使得气体能够顺利排出。

3夹杂

夹杂物缺陷主要是指跟目标金属成分不一致的物质夹杂，具体可分为外来夹杂物和内生夹杂物。外来夹杂物主要是指

在铸造生产过程中混入的外界物质，

如型腔内残留物、浇铸过程夹带物等；内生夹杂物是指材料自身产生的，如金属与氧气

反应生成的金属氧化物，

与其他气体反应产生的金属化合物等。夹杂物缺陷相当于是在金属内部有异类夹杂，金属包裹着夹杂物。在对此类铸件进行压力加工时，由于夹杂物与金属本

身的材料属性差异，

会导致在夹杂物处的材料变形不均匀，易产生裂纹，裂纹累积到一定程度后，会导致整个零件的破损。不再进行压力加工的铸件，其疲劳使用寿命则会受到影响。

改善措施有：（1）除氧，防止金属液体氧化。（2）合理设置浇口形状，使得产生的浇渣能够顺利漂浮上来。

（3）浇铸前清理干净铸型内的残留物。4结语

随着工业的发展，铸造广泛的被应用于各个领域，科学工

作者对于铸造缺陷的研究也越来越多，

铸造工艺的种类也日益丰富。只有了解缺陷的形成原因，才能有针对性的采取措施消除缺陷，提高铸件的使用寿命。

参考文献：［1］崔忠圻．金属学与热处理［M］．北京：机械工业出版社，

2007．169