缩孔和缩松的应用与工艺

1.缩孔

当液体金属浇入铸型后，四周与型壁接触的液体金属首先凝固（见图6-46（b））。一般金属在凝固时都要发生体积收缩。另外，在冷却过程中液体金属本身也在收缩，因此铸件在凝固过程中如果得不到液体金属的补充，则必然会出现液体金属不足（见图6-46（c））的结果。当铸件以柱状晶方式逐层凝固时，通过液体金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固的部位形成大的集中缩孔（见图6-46（d））。因此，合理设置浇冒口可以将缩孔集中到浇冒口中，消除了铸件中的缩孔（见图6-46（e））。

2.缩松

当铸件的凝固方式由逐层凝固变为糊状凝固（体积凝固）时，在铸件的凝固过程中形成了宽的凝固区（糊状区）。该区的特点为：同时存在着已结晶的树枝状晶体和未凝固的液体，因此液体流动困难，当晶间和树枝间最后凝固时，由于得不到外部液体的补充而使铸件中出现分散的小缩孔即缩松。缩松是无法通过浇冒口的补缩来进行消除的。铸件的凝固区越宽，则树枝晶越发达，晶间和树枝间被封闭的可能性越大，产生缩松的倾向也就越大。

图6-46　铸件中缩孔的形成过程示意图(www.xing528.com)

3.影响缩孔与缩松的因素及其控制

图6-47　形成两相混合物的合金铸造性能与成分的关系

铸件在凝固过程中产生收缩是必然的，但产生缩孔还是缩松，根据以上分析可知，主要取决于凝固方式。影响凝固方式主要有两方面的因素：一方面是合金成分的影响（见图6-47），另一方面是铸件内温度梯度的影响。当铸件为纯金属和共晶成分合金时，结晶在恒温条件下进行，铸件截面上的凝固区宽度为零，以逐层凝固的方式结晶。如果合金的结晶温度区间很小，或截面上的温度梯度很大，则铸件截面上的凝固区很窄，也属于逐层凝固方式。以上几种情况下，铸件都倾向于形成集中缩孔。如果合金的结晶温度区间较宽或铸件的温度梯度较小，则凝固区较宽，铸件将倾向于以糊状凝固的方式结晶，并引起缩松。合金的凝固温度区间越宽或铸件的温度梯度越小，则凝固区越宽，糊状凝固方式越突出，缩松越严重。

缩孔和缩松对铸件的力学性能、气密性能和耐腐蚀性能等都有很大的影响。钢材中残留的缩孔和缩松还能引起锻造时的裂纹。因此，缩孔和缩松是铸件中的一种重要缺陷。为防止和消除这类缺陷，除了要正确选择合金成分外，应采取相应的工艺措施。一般来说，消除铸件中的集中缩孔较为容易，只要采取适当的补缩措施就能解决。例如，设置合理的浇冒口。但要消除缩松则较为困难，一般的补缩方法都很难有效，需要采取特殊的工艺措施。例如，采用高压下的浇注和凝固可以得到无缩孔和缩松的致密铸件。此外，从控制铸件冷却过程出发，采取急冷能力强的铸型（如金属型），则可以缩小铸件中的凝固区，减小糊状凝固的倾向，使缩松得到显著减小，但缩孔容积相对有所增加。

应该指出，缩孔和缩松并非在所有与金属凝固有关的加工过程中都是一个严重的问题。例如，焊接和激光表面重熔时，由于冷却速度非常快、凝固区非常窄，因此不会出现缩松。由于焊接和激光表面重熔都是一个连续的熔化和凝固过程，凝固过程中有新熔化的液体金属不断补充，因此在焊缝中心或激光重熔区的中心都不会出现集中缩孔，只有在焊接结束时的弧坑中以及激光重熔结束时的结尾处有可能出现缩孔。