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发生顺序凝固的合金管或铸件区域段内,始终存在着较大的温度梯度,凝固有先后之分,先凝固部分可以得到后凝固的相邻部分的补缩。因而在顺序凝固的条件下,若冒口设计合理,可以防止铸件缩松、缩孔的缺陷,铸件的致密性也好。顺序凝固的缺点是,由于合金管纵向温度梯度较大,凝固先后不同,热裂缺陷可能在强度和塑性都比较小的危险段发生。若凝固后冷却过程中仍然保持较大的温度梯度,铸件中将产生应力或变形。此外,为了实现顺序凝固还需设置冒口、补贴及冷铁等,增加了金属材料的损耗和生产费用。 发生同时凝固的铸件,纵向温度梯度很小,相邻各部分或铸件整体,凝固过程同步进行,补缩条件差,铸件致密性差。缩松的分布形式因凝固方式的不同而不同,体积凝固时,合金管断面各处都会有缩松;逐层凝固时,缩松主要集中在断面中心,称为轴线缩松。由于同时凝固时铸件各处温度均匀,产生热裂的危险性小,也不易引起大的应力和变形。一般情况下,同时凝固所用冒口小甚至不用冒口或补贴,因而节省了金属材料和生产费用。
从而使铸件各个部位的收缩均能得到补充,而将缩孔转移到冒口之中,即在铸件上远离冒口或浇口的部分到冒口或浇口之间,建立一个递增的温度梯度。冒口为铸件的多余部分,在铸件清理时将其去除。合金管铸件按照顺序凝固原则进行凝固,能保证缩孔集中在冒口中,获得致密的铸件。必须指出,对于结晶温度范围甚宽的合金,结晶开始之后,发达的树枝状骨架布满了整个截面,使冒口的补缩道路严重受阻,因而难以避免显微缩松的产生。显然,选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金生产铸件是适宜的。 进一步冷却时,合金管硬壳内的液态金属因温度降低发生液态收缩,以及对形成硬壳时凝固收缩的补充,液面要下降。与此同时,合金管固态硬壳也因温度降低而使铸件外表尺寸缩小。
综上所述,在合金管铸件中产生集中缩孔的基本原因,是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值,产生集中缩孔的条件,是铸件由表及里地逐层凝固(而不是整个体积同时凝固),缩孔就集中在后凝固的地方。 但是,缩孔和缩松体积可以相互转化,造成转化的根本原因是凝固方式的改变:即糊状凝固还是逐层凝固。给出了影响缩孔合金管和缩松体积相互转化的因素。防止合金管铸件中产生缩孔和缩松的基本原则是,针对该合金的收缩和凝固特点制订正确的铸造工艺,使合金管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,并使缩孔出现在铸件后凝固的地方。这样,在铸件后凝固的地方安置一定尺寸的冒口,使缩孔集中于冒口中,或者把浇口开在后凝固的地方直接补缩,即可获得健全的铸件。使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件,主要是通过控制铸件的凝固方向使之符合顺序凝固原则或同时凝固原则。实践证明,只要能使铸件实现顺序凝固,尽管合金的收缩较大,也可获得没有缩孔的致密铸件。
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