铸造合金的收缩性及缩孔的形成

一.铸造合金的收缩性

1.收缩的基本概念

液态合金当温度下降而由液态转变为固态时，因为金属原子由近程有序逐渐转变为远程有序，以及空穴的减少及消失，一般都会发生体积减少。液态合金凝固后，随温度的继续下降，原子间距离还要缩短，体积也近一步减少。铸造合金在液态、凝固和固态冷却的过程中，由于温度的降低而发生体积减小的现象，称为铸造合金的收缩性。

收缩又是铸件中许多缺陷，如缩孔、缩松、应力、变形、和裂纹等产生的基本原因，是铸造合金的重要铸造性能之一。它对铸件（如获得符合要求的几何形状和尺寸，致密的优质铸件）有着很大的影响。

铸造合金由液态转变为常温时的体积改变量来表示，称为体积收缩。合金在固态时的收缩，除了用体积改变量表示外，还可用长度该变量来表示，称为线收缩。因为在设计和制造模样时，线收缩更有意义。线收缩率一般是体收缩率的1/3.合金在收缩要经历三个阶段：液态收缩阶段;凝固收缩阶段;固态收缩阶段。

(1)液态收缩 当液态合金从浇注温t浇冷却至开始凝固的液相线温度t液的收缩，由于合金处于液体状态，故称其为液态收缩，表现为型腔内液面的降低。

（2）凝固收缩 对于具有一定温度范围的的合金，由液态转变为固态时，由于合金处于凝固状态，故称 为凝固收缩。这类合金的凝固体收缩主要包括温度降低（于合金的结晶温度范围有关）和状态改变（状态改变时的体积变化）两部分。

对于少数合金及金属，因其凝固体收缩率为负值，所以凝固时发生体积增大。(Bi、Si、Bi-Si合金和灰铸铁)。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

（3）固态收缩 当铸造合金从固相线温度t固冷却到室温t室的收缩，由于合金处于固体状态，故称为固态收缩。

但在实际生产中，由于固态收缩往往表现为铸件外形尺寸的减小，因此一般采用线收缩率来表示。

如果合金的线收缩不受到铸型外部条件的阻碍，称为自由收缩。负则，为受阻线收缩。

铸造合金的线收缩不仅对铸件的尺寸精度有着直接影响，而且是铸件中产生应力、裂纹、变形的基本原因。

2.铸件线收缩率

以上讨论的铸造合金收缩率只与合金的化学成分、收缩系数、温度变化以及相变时体积改变等因素有关。在进行铸件工艺设计时，考虑到收缩，需要将模样尺寸放大，模样尺寸L模与铸件尺寸L件之间存在如下关系。￡=L模-L铸件/L模×100%

铸件的铸造收缩率不仅与所用合金的因素有关，而且还与铸型工艺特点、铸件结构形状以及合金在熔炼过程中溶解气体量等因素有关。

二、铸件中的缩孔和缩松

1.缩孔、缩松的基本概念

铸件在冷却凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的孔洞称为缩孔；细小而且分散的孔洞称为缩孔。缩孔的形状不规则，表面粗糙，可以看到发达的树枝晶末梢，故可以明显地与气孔区别开来。

铸件中若有缩孔、缩松存在，一方面会使铸件有效承载面积减小，另一方面引起应力集中，且都会使铸件的力学性能明显降低。同时还降低铸件的气密性和物理化学性能。特别是对于耐压零件，则容易发生渗漏而使铸件报废。

2缩孔的形成

缩松形成的基本原因和缩孔一样，主要是由于合金的结晶温度范围较宽，树枝晶发达，合金液几乎同时凝固，液态和凝固收缩形成的细小、分散孔洞得不到外部金属液的补充而造成。

铸件中形成缩孔和缩松的倾向与合金的成分之间有一定的规律性。定向凝固的合金倾向于产生集中缩孔；糊状凝固的合金倾向于产生缩松，其缩孔和缩松的数量可以相互转换，但他们总容积基本保持不变。

3.影响缩孔、缩松大小的因素及防治措施

铸造合金的液态收缩愈大，则缩孔形成的倾向愈大；合金的结晶温度范围愈宽，凝固收缩愈大，则缩松形成的倾向愈大。凡能促使合金减小液态和凝固期收缩工艺措施（如调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增大铸件的激冷能力，增加在铸件凝固过程中的补缩能力，对于灰口铸件可促进凝固期间的石墨化等），都有利于减小缩孔和缩松的形成。

针对合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺，使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽可能地使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在最后的凝固位置。

要使铸件在凝固过程建立良好的补缩条件，主要是通过控制铸件凝固方式（采用设置冒口和冷铁配合）使之符合“定向凝固原则”或“同时凝固原则”。