七金属中的气体与气孔20111024.pptVIP

金属结晶及组织控制 第六讲内容回顾： 凝固偏析 第六讲课后思考题 第七章 金属中的气体与气孔 引言 引言 气体的来源 气体溶解度 气孔 气孔 第一节：金属中气体的溶解度与气泡形成的热力学条件 温度和压力的影响 温度和压力的影响 温度和压力的影响 温度和压力的影响 金属蒸汽压的影响 金属蒸汽压的影响 合金成分的影响 合金成分的影响 合金成分的影响 合金成分的影响 合金成分的影响 气泡形成的压力条件 气泡形成的压力条件 第二节：气孔形成的动力学条件 选分结晶与气体元素在局部熔体中的过饱和现象 选分结晶与气体元素在局部熔体中的过饱和现象 选分结晶与气体元素在局部熔体中的过饱和现象 选分结晶与气体元素在局部熔体中的过饱和现象 气泡的临界形核半径与不稳定条件 第三节：析出性气孔 析出性气孔实例 析出性气孔特征 析出性气孔实例 析出性气孔的形成过程 析出性气孔的形成过程 影响析出性气孔的主要因素 防止析出性气孔的途径 第四节：内生反应性气孔 内生反应性气孔特征 内生反应性气孔形成原因 内生反应性气孔形成原因 内生反应性气孔形成原因 内生反应性气孔防止措施 内生反应性气孔防止措施 内生反应性气孔防止措施 内生式水气（H2O）反应气孔 内生式水气（H2O）反应气孔 内生式水气（H2O）反应气孔 内生式SO2反应气孔 第五节：外生反应性气孔 皮下气孔 皮下气孔 皮下气孔 皮下气孔 表面气孔 表面气孔 表面气孔防止措施 内部气孔 内部气孔 内部气孔 课后思考题 高玉来：金属结晶及组织控制 可见，即使金属液中气体原始浓度C0小于饱和浓度。由于金属凝固时存在溶质再分配，在凝固过程中固—液界面处的液相，在某一时刻，它所富集的气体浓度将可能大于过饱和浓度SL，而析出气体。 高玉来：金属结晶及组织控制 金属液中气泡要形成，并能够稳定存在，需要满足以下条件： ? ? ??? 式中，Ｈ为气泡距金属液液面高度。 ? 可见，对于气泡形成初期，r无限小，因此P无限大。这样理论上讲气泡是不可能形成的。但是事实上，气泡经常出现，这是因为： ??? 1、气体原子的浓度起伏，造成瞬时存在的气泡核； ??? 2、借助于外部条件的非均质形核。 实际上液体金属中存在者大量非金属夹杂物和较多的气泡（如浇注过程中卷入的气体，熔炼过程及炉前处理形成的气泡），以及炉壁、包衬、型壁和结晶体等，它们都可能成为非自发气核的基础，气泡就容易在这些表面上形成。? 高玉来：金属结晶及组织控制 由上面的分析可以看出，大多情况下气体元素在金属液中的溶解度与温度呈正比。在金属凝固过程中，随着温度降低，气体溶解度降低，气体就会析出，如果析出的气体以分子状态存在，就形成了气泡，这种气泡保留在凝固以后的金属中，就是析出性气孔。 ??? 由此可见，析出性气孔（图7－8）是金属液凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体，形成的气泡未能及时排除而形成的气孔。? 高玉来：金属结晶及组织控制 高玉来：金属结晶及组织控制 1、形状特征：多为分散小圆孔，直径0.5～2mm，或者更大，肉眼能观察到麻点状小孔，表面光亮。 ??? 2、位置分布：在铸坯断面上呈大面积、均匀分布，而在最后凝固的部位较多（图7－9）。 ??? 3、气体成分：氢气、氮气。 ??? 4、出现规律：往往一炉金属液中全部或多数出现这种气孔。 ??? 5、敏感合金：铝合金和钢比较容易出现这种气孔。 ??? 6、伴生现象：冒口中缩孔减小，并有不同程度的冒口上涨现象。 高玉来：金属结晶及组织控制 高玉来：金属结晶及组织控制 1、溶解气体的析出（气泡核的形成） ??????? 1) ?液态：随温度降低，气体溶解度降低，当开始凝固时，一般溶解度骤降。 ??????? 2)? 凝固过程：气体元素的溶质再分配。 ?? 上述原因导致溶解在金属液中的气体析出，并形成气泡核。 高玉来：金属结晶及组织控制 2、气泡核的长大 气泡核能否长大取决于气泡内的压力是否大于外部压力之和。 3、气孔的形成 气泡形成后来不及排除，金属液已经开始凝固，留在金属内成为气孔。 高玉来：金属结晶及组织控制 ?? 1、合金溶液中原始含气量Cg。Cg愈大，气孔形成可能愈大。 ??? 2、液 、固相气体溶解度差△S。△S＝SL—SS, △S愈大，愈易形成析出性气孔。 ??? 3、合金成分。收缩量大和结晶温度范围宽的合金容易形成析出性气孔。 ??? 4、气体性质。扩散速度快的气体（如氢）容易形成析出性气孔。 ??? 5、外界压力。外界压力降低，析出性气孔析出可能增大。 ??? 6、凝固速度。提高凝固速度，不易形成析出性气孔。 ??? 7、铸件凝固