材料成型原理.docx

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材料成型原理

第1章液态金属的结构与性质

物相 由界面包围的具有一定成分和结构的均匀体

组织 物相的机械混合物

润湿性是指存在两种互不相溶液体，液体首先润湿固相表面的能力，即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性

压力差 物体两侧所受压力的差值

现代晶体学表明，晶体的原子一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，表现出平移对称性特征，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动，相对于晶体这种原子有序排列，气体的分子原子，不停的做无规律运动。

液体表现出长程无序特征，液体结构表现出局域范围内的近程有序。

偶分布函数的物理意义：

距某一参考粒子r处找到另一个粒子的概率。

晶态固体因原子以特定方式周期排列，其偶分布函数以相应的规律呈分立的若干尖锐峰，液体的g（r）出现若干衰减的钝化峰，直至几个原子间距后趋于直线g（r）等于1。

由于能量起伏，液体中大量不停游动着的局域有序原子团簇，时聚时散，此起彼伏，而存在结构起伏，实际金属的现象，还要复杂的多，除了能量起伏及结构起伏，还同时存在着浓度起伏。

长程有序：

液体的原子相对于周期有序的晶体固态是不规则的，液体结构宏观上不具有平移、对称性。

黏度是液体内摩擦阻力大小的标志，黏度的物理意义可以视为：

作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。

表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。

黏度的意义：

黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。

影响钢铁材料的脱硫，脱磷，扩散脱氧。

熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。

影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。

影响精炼效果，夹杂、气孔的形成。

表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。

表面是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，前者指液体或固体与气体之间的交界面。

原子间结合力越大，表面内能越大，因此表面自由能越大，表面张力也就越大。

两个相共同组成一个界面时，其界面张力的大小与界面两侧质点间结合力的大小成反比。

两种物质接触，润湿或不润湿的关键取决于两种物质间的亲和力，亲和力大就润湿，否则就不润湿。

接触角为锐角时为润湿，接触角为钝角时为不润湿。

表面张力与温度的关系：

随温度升高而下降，因为原子间距随温度升高而增大。

不同物质之间结合力越大时，界面张力越小，越容易润湿，其间的接触角越小。

表面张力与原子体积成反比，与价电子数的平方成正比。

合金元素及杂质元素对表面张力的影响，主要取决于原子间结合力的改变。

表面张力在材料成型过程中的意义：

当表面具有一定曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。

润湿角越小，成为润湿性好。

在凝固的后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将两侧的晶体紧紧的吸附在一起，液膜厚度越小，其吸附力量就越大。

液膜的表面张力越大，液膜越薄，则液膜的拉断临界应力越大，裂纹越难以形成。

第2章 液态金属的充型能力

充型能力不足，可能造成浇不足，冷隔等铸造缺陷。

液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受外界条件如铸型性质，浇铸注条件，铸造结构等因素的影响，是各因素的综合反应。

流动性：

在充型过程中，金属液体本身的流动能力。

液态金属的停止流动机理分为两种：

1纯金属共晶成分和晶体结晶温度范围很窄的合金，停止流动机理，没有形核质点，充型能力不强。

2宽结晶温度合金停止流动机理，充型能力差。

影响充型能力的因素，包括，金属性质，铸形性质，浇注条件及铸件结构四个方面。

金属性质：

1结晶温度范围的影响：

合金的化学成分决定了结晶温度范围，在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化合物之处流动性最好，流动性随着结晶温度范围的增加而下降，在固定的凝固温度下，固相层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小

2结晶潜热等物理性质的影响：

结晶潜热的释放将延缓合金温度的下降速率，合金放出的结晶潜热越多，温度下降越慢，凝固过程进行得越慢，因而流动性越好

3金属其他因素的作用。

金属液黏度的影响，充型过程前期对流动性影响较小，充型过程后期对流动性影响较大。

金属液表面张力的影响。

变质及孕育处理的影响。

工艺条件对半固态金属浆料流动性的影响。

铸型性质：

株型性质影响金属液的充型速度，铸形与金属的热交换强度、金属液保持流动的时间。

铸型的蓄热系数表示柱型从液态金属中吸取并储存在本身中热量的能力。

蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强，金属液于其中保持液态的时间就越短，充型能力下降。

预热铸型，能够减小金属与铸型的温差，从而提高充型能力。

浇注条件：

1浇注温度：

浇注温度越高，液态金属的黏度越小，过热度越高，金属液内含热量越多，充型能力越强。

2充型压力：

增大充型压力，有利于提高充型能力。

3浇注系统：

浇注系统复杂程度会影响液态金属的充型能力。

铸件结构：

铸件折算厚度越大，使液体金属的充型能力越好。

垂直壁比水平壁更容易充填。

铸件结构越复杂，流动阻力越大，液态金属的充型能力越差。

第3章 凝固温度场

铸造过程温度场：

金属凝固时间与凝固层厚度成正比。

界面热阻，是因为铸型型腔内表面上往往存在一层涂料，铸件与铸型的接触是凹凸不平的局部接触。

铸件凝固方式分类：

逐层凝固，体积凝固，中间凝固。

铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大，从而影响最终铸件的致密性和热裂纹的产生概率。

铸件凝固方式的影响因素：

合金的凝固温度区间与凝固时铸件中的温度梯度。

1合金凝固温度区间的影响：

随碳质量分数的增加，碳钢的结晶温度区间增大，铸件端面固液两相区的宽度增加，其中对于在砂型中凝固，低碳钢逐层凝固方式，中碳钢中间凝固方式，高碳钢体积凝固方式。

2温度梯度的影响：

当温度梯度较大时，固液两相区较窄，合金逐层凝固方式；当温度梯度较为平坦，是固液两相区明显增加，合金体积凝固方式。

第4章晶体形核与生长

凝固是指物质由液体转变为固体的相变过程。

凝固包括液体向晶态固体转变，以及向非晶态固体转变两种过程方式。

4.2.1液固相变驱动力

心相与谋相的体积，自由能之差ΔGv，即为相变驱动力。

第一，无论是液相还是固相，物质自由能随温度上升而下降。

第二，液相自由能随温度上升，而下降的速率比固相的大。

过冷度越大，凝固相变驱动力越大。

通常将过了，分为五种类型，动力学过冷，曲率过冷，压力过冷，热过冷，成份过冷。

由于曲率的影响，物质实际熔点比平衡熔点要低。

4.3凝固形核

凝固理论将晶体形核分为均质形核和非均质形核。

均质形核是指形核前母相液体中无外来固相质点，而从液相自身发生形核的过程，所以也称自发形核。

一般来说凝固是从非均质形核开始的，即依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行形核过程，这种形核亦称为异质形核或非自发形核。

4.3.2非均质形核与均质形核的比较

在金属熔体中，存在着大量高熔点的固相杂质微粒，可作为非均质形核的衬底。

形核率是指单位体积，单位时间形成的晶核数目。

4.3.3非均质形核的形核条件。

1基底与结晶相的晶格错配度的影响。

错配度越小，共格情况越好，界面张力就越小，越容易进行非均质形核。

2冷却速度的影响。

过冷度越大，能促使非均质型和外来质点的种类和数量越多，非均质形核能力越强。

3结晶相枝晶熔断和游离的作用。

4.4晶体生长

1粗糙界面：

固-液界面固相一侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据，形成坑坑洼洼，凹凸不平的界面结构。

粗糙界面也称非小晶面或非小平面。

2光滑界面，固液界面固相一侧的点阵位置几乎全部被固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构，光滑界面也称为小晶面或小平面。

界面结构类型的本质与判据：

固液界面结构主要取决于物质的热力学性质，以及晶体生长时的晶面取向。

3界面结构类型的影响因素：

①熔融熵越小，越容易成为粗糙界面。

粗糙还是光滑面主要取决于物质的热力学性质。

②η/ν值取决于界面是哪个晶面族，非密排晶面作为晶体表面，微观界面结构更容易成为粗糙界面。

③过冷度大时生长速度快，容易形成粗糙界面结构。

④合金的浓度有时也影响固液界面的性质。

4.4.2晶体生长方式两种：

连续生长及侧向生长

1粗糙界面的连续生长方式：

粗糙界面结构，有许多位置可供原子着落，只要原子沉积供应不成问题，即可以连续不断的进行，粗糙界面晶体的这种生长方式称为连续生长，其生长方向为界面的法线方向。

2光滑界面的侧向生长方式，原子尺度的光滑界面其单个原子与晶面的结合的较弱，容易脱离界面，因此只有依靠在界面上出现台阶，从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，从而使晶体平行于凝固界面沿侧向延伸生长，故称为侧向生长。

光滑界面，台阶形成方式有三种，二维晶核，螺旋位错，孪晶面。

扩散度定义为固相到液相界面上的原子层数n。

第5章单相合金凝固

5.1凝固过程中溶质再分配

第6章 多相合金凝固

1.二元共晶组织分类

（1）第一类共晶：

粗糙-粗糙界面两相组成的共晶，显微结构为规则层片状，或一相为棒状或纤维状。

初生相树枝状长大（规则共晶）。

（2）第二类共晶：

粗糙-光滑界面。

小平面相领先突出，共生生长，所得到的组织较为无规则（非规则共晶）

（3）第三类共晶：

光滑-光滑界面，非金属-非金属，所得到的组织为两相的不规则混合物（非规则共晶）

2.层片状共晶组织形核过程：

（1）球形共晶的形核与长大

（2）层片状共晶搭桥式形核方式

极值准则（最小过冷度准则）

对于规则共晶，共晶生长最可能发生在过冷度最小值处。

4.共晶的三种情况

（1）共晶成分合金冷速过快，不一定得到100%共晶组织，可能亚共晶或过共晶

（2）非共晶成分可能获得100%共晶组织

（3）非共晶成分合金在一定冷速下，出现两相相对独立的离异共晶

5.伪共晶：

共晶组织为非共晶成分的情况

6.共生生长：

共晶生长过程中，两相彼此交替相邻且具有共同的生长界面，通过界面前方液相中溶质的横向耦合扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需组元，彼此协同向前生长。

对称型共生区：

发生在两个组元熔点相近、两条液相线基本对称、两相长大速度基本相同的非小平面-非小平面合金中。

7.离异生长

共晶两相没有共同生长界面，各自以不同速度独立生长。

非共晶生长的共晶结晶方式。

所形成组织成为离异共晶

（1）晶间偏析形：

一相大量析出，另一相未开始结晶

产生原因

（1）晶间偏析

（2）另一相形核困难

（2）晕圈型：

第二相环绕领先相表面生长（球墨铸铁）

9.非小平面-小平面非规则共晶结晶

（1）共晶生长液固界面不再为等温面，界面形态为参差不齐非平面

（2）共晶体中，小平面相不规则分布，呈现共晶间距不均匀性

（3）生长界面过冷度比规则共晶大

（4）生长界面前液相中可能形成新的共晶晶核

（5）共晶生长方式以及最终形态会随生长动力学条件发生改变

第7章 铸件与焊缝宏观组织及其控制

7.2.1表面激冷晶区中的晶粒通常是无方向性的细等轴晶，采取枝晶方式生长，各种形式的晶粒游离也是形成表面细等轴晶的晶核来源，包括晶粒脱落，枝晶熔断与增殖等各种形式产生并游离来的晶核。

一旦型壁附近的晶粒相互连接而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内的生长。

7.2.2柱状晶区是由表面细晶粒区发展而成的，但也可能从型壁出直接长出。

稳定的凝固壳层一旦形成，柱状晶就直接由表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底向内生长，发展成由外向内生长的柱状晶区。

3成分过冷理论：

理论认为，随着凝固层向内推移，固相散热能力逐渐减弱，内部温度梯度趋于平缓，且液相中的溶质原子越来越富集，从而使界面前方成分过冷增大，当成分过冷大到足以发生非均质形核时，导致内部等轴晶的形成。

4.激冷等轴晶型壁脱落足以游离理论

5.枝晶熔断及结晶雨理论：

生长着的柱状枝晶在凝固界面前方的熔断，游离和增殖导致内部等轴晶晶核的形成，称为“枝晶熔断理论”。

液面冷却产生的晶粒下雨似的沉寂到柱状晶区前方的液体中，下落过程中也发生熔断和增殖，是铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要来源，称为“结晶雨”理论

6.晶区的形成和转变乃是过冷熔体独立生核的能力和各种形式晶粒游离，增殖或重熔的程度这两个基本条件综合作用的结果，铸件中各晶区的相对大小和晶粒的粗细就是由这个结果决定的。

9.非自发形核可以从三个方面解释

 ①孕育剂含有直接作为非自发生核的物质

 ②孕育剂能与液相中某些元素反应生成稳定的化合物而产生非自发形核

 ③通过在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前弥散析出而生核。

10.孕育剂在加入合金液中后要经历一个孕育期和衰退期。

在孕育期内，作为孕育剂的中间合金的某些组分完全熔化过程或与合金液反应生成化合物，起细化作用的异质固相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿，逐渐达到最佳细化效果。

处理温度越高，孕育衰退越快，因此有保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。

11.动力学细化:

采用机械力或者电磁力引起固相和液相的相对运动，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心达到细化晶粒的目的。

7.5.1熔池凝固条件：

熔焊时，在高温热源作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。

当热源离开后，熔池便开始了凝固。

1.铸件宏观组织：

（1）激冷晶区

（2）柱状晶区（3）中心等轴晶区

2.表面激冷晶区形成

表面激冷作用，很大过冷度大量非均质形核

3.柱状晶区形成

垂直于壁面散热条件好，晶体择优生长形成柱状晶区

4.等轴晶区

溶体内部形核自由生长结果

5.抑制柱状晶获得等轴晶措施

（1）合理浇筑工艺：

合理降低浇注温度，改变浇筑方式强化对流对型壁激冷晶区冲涮作用

（2）冷却条件控制

形成宽的凝固区域获得大的过冷促使熔体生核和晶粒游离

（3）孕育处理

浇筑之前和浇筑过程中想液态金属中加入少量物质以达到细化晶粒，改善宏观组织

（4）动力学细化1）铸型震动2）超声波震动3）液相搅拌4）流变铸造

6.孕育：

主要是影响形核过程和促进晶粒游离以细化晶粒

7.变质：

改变晶体生长机理，从而影响晶体形貌

8.焊接熔池特点

（1）熔池金属体积小，冷却速度快

（2）熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温度最高

（3）热源移动

（4）液态金属对流激烈

9.熔池结晶特征

（1）联生结晶

（2）晶体生长的选择性与弯曲柱状晶

（3）熔池凝固组织形态多样性

10.熔池结晶组织细化

（1）晶粒细化：

加入合金元素作为非自发形核质点

（2）振动结晶：

打碎正在成长晶粒

（3）焊接工艺：

小热输入，多层焊，锤击焊道表面

第9章液态金属与气相的相互作用

1.气体溶解度：

在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度称为该条件下气体的溶解度。

气体在金属中的溶解度与温度，压力，合金成分等因素有关。

温度 气体溶解过程为吸热反应时，为正值,溶解度随温度升高而增加,金属吸收气体为放热

气体再高温下可以分子，原子或离子状态存在

氮在高温下的溶解过程

气体分子向金属-气体界面运动

气体被金属表面吸附

气体分子在金属表面分解为原子

原子穿过金属表面层向金属内部扩散

金属发生相变时,由于金属的组织结构变化,气体的溶解度将会发生突变.液相比固相更有利于气体的溶解,当金属由液相转变为固相时,溶解度的突然下降将对铸件和焊件中的气孔产生直接影响

氢和氮的溶解度随碳含量的增高而降低，因此铸铁的吸气能力比钢低。

当铁液中存在第二种元素时，随着合金元素含量的增加，氧的溶解度下降

其他因素影响

电流极性的影响

焊接区气氛性质的影响

氧化性气体对金属的氧化

气相中的分压超过FeO的分解压时，将使Fe氧化。

原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈

高温下对液态铁和其他许多金属都为活泼的氧化剂，用 做保护气体只能防止空气中氮的侵入，不能避免金属的氧化

气体控制措施

限制气体来源

控制工艺参数

冶金处理

降低焊缝中氢含量

在焊条药皮和焊剂中加入氟化物

控制焊接材料的氧化势

在药皮或焊芯中加入微量稀土元素

脱氢处理

第10章 液态金属与熔渣相互作用

1.熔渣的作用：

机械保护作用，冶金处理作用，改善成型工艺性能作用

2.熔渣的分类：

盐型熔渣，盐-氧化物型熔渣，氧化物型熔渣

3.焊条电弧焊时的熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂

4.焊剂分为熔炼焊剂与非熔炼焊剂

5.熔炼过程中的熔渣

1）生铁或废钢原材料中所含的各种合金元素，熔炼过程中由于氧化而形成的氧化物。

2）作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等。

3）原材料带入的泥沙或铁锈。

4）加入的造渣材料，如石灰、石灰石、氟石、铁矶土、黏土砖块等。

5）浸蚀下来的炉衬耐火材料。

6）脱氧、脱硫产物。

6.一般构成熔渣的各组元独立相的熔点较高，而以一定比例构成复合渣时可使凝固温度大大降低

7.熔渣的黏度是一个较为重要的性能。

药皮焊条电弧焊时，根据熔渣黏度随温度变化的速率可将熔渣分为长渣和短渣

8.熔渣的表面张力及界面张力

熔渣的表面张力除了与温度有关外，主要取决于熔渣组元质点得化学键的键能。

具有共价键的物质其键能最小，表面张力也最小。

界面张力小时熔渣对金属的覆盖保护效果较好：

反之，则有利于熔渣从液态金属中分离

9.一般酸性渣对金属的置换氧化性高于碱性渣

第11章液态金属的净化与精炼

1.金属的净化，即是利用一定的物理化学原理和相应的工艺措施去除液态金属中的有害元素，夹杂物和气体的过程

10.脱硫方式分为沉淀脱硫，熔渣脱硫，真空脱硫

11.①沉淀脱硫：

脱硫元素加入液态金属中，温度升高，平衡常数减小，不利于脱硫

②熔渣脱硫：

目前铸造和焊接冶金中主要的脱硫方法。

脱硫过程在熔渣中进行。

影响脱硫的主要因素是熔渣的还原性和碱度，黏度，温度和硫的活度。

12.脱磷反应分两步，熔渣中的氧化亚铁将钢液中的磷氧化成五氧化二磷；使之与渣中碱性氧化物生成稳定磷酸盐

第13章 缺陷形成与控制

偏析，气孔，夹杂，缩孔，缩松，热裂，冷裂，应力，变形九大缺陷。

13.1合金中的成分偏析。

合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象，称为偏析，根据偏析范围的不同，可将偏析分为微观偏析和宏观偏析两大类。

微观偏析，根据位置不同可以分为晶内偏析和晶界偏析。

宏观偏析按表现形式可以分为正常偏析、逆偏析，重力偏析等。

微观偏析和宏观偏析，主要是由于合金在凝固过程中，溶质再分配和扩散不充分引起的。

它们对合金的力学性能，切削加工性能，抗裂性能以及耐蚀性都有着程度不同的损害。

偏析现象可以净化或提纯金属。

1晶内偏析：

晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象，常产生于具有结晶温度范围，能够形成固溶体的合金中。

固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶的枝干与后结晶的分支也存在着成分差异，这种在树枝晶内出现的成分不均匀现象，又称为枝晶偏析。

经内偏析程度取决于合金相图的形状，偏析元素的扩散能力和冷却条件。

生产上常采用均匀化退火来消除晶内偏析。

2晶界偏析：

在合金凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物，常富集于晶界，使晶界与晶内的化学成分出现差异，这种成分不均匀现象称为晶界偏析。

①两个晶粒并排生长，晶界平行于晶体生长方向。

②两个晶粒相对生长，彼此相遇而形成晶界。

晶界偏析比晶内偏析的危害性更大。

消除偏析的措施，细化晶粒，均匀化退火。

13.1.2宏观偏析

1正常偏析：

正常偏析，随着溶质偏析系数的增大而增大。

但对于偏析系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固，正常偏析反而减轻，甚至不产生正常偏析。

利用溶质的正常偏析现象，可以对金属进行精炼提纯。

2逆偏析：

铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上部含溶质较少，这种现象称为逆偏析。

逆偏析的形成特点是：

结晶温度范围宽的固溶体合金和粗大的树枝晶易产生逆偏析，缓慢冷却时，逆偏析程度增加，若液态合金中溶解有较多的气体，则在凝固过程中将促进逆偏析的形成。

向合金中添加细化晶粒的元素，减少合金的含气量，有助于减少或防止逆偏析的形成。

3V型偏析和逆V型偏析 常出现在大型铸锭中

4带状偏析：

常出现在铸锭或厚壁铸件中，形成特点是，它总是和凝固的液固界面相平行。

5重力偏析：

是由于重力作用而出现的化学成分不均匀现象，通常产生于金属凝固前和刚刚开始凝固。

6区域偏析和层状偏析。

焊接熔池凝固是由于柱状晶体的不断长大和固液界面的向前推进，导致焊缝中心杂质浓度较高，焊缝中心产生区域偏析。

层状偏析是由于热的周期性作用而引起的一种化学成分不均匀现象。

7焊接熔合区的化学成分不均匀：

熔合区是整个焊接接头的薄弱部位。

其性能下降主要原因在于该区域存在严重的化学成分不均匀性。

13.2气孔与夹杂   考试重点

13.2.1气孔

1气孔的分类及特征：

气体在金属中的含量超过其溶解度，火进入的气体不被金属溶解时，会以分子状态的气泡存在于液态金属中，若凝固前气泡来不及排出，就会在金属内形成孔洞，这种因气体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。

金属中的气孔按气体来源不同，可以分为析出性气孔，侵入性气孔，反应性气孔；按气体种类不同，可以分为氢气孔，氮气孔，一氧化碳气孔。

1）析出性气孔：

液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔成为析出性气孔，这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。

2）侵入性气孔。

铸型和型芯等在液态金属高温作用下产生的气体侵入金属内部所形成的气孔为侵入性气孔，其特征是数量较少，体积较大，孔壁光滑，表面有氧化色，常出现在铸件表层或近表层，形状多呈梨状，椭圆形或圆形。

梨尖一般指向气体侵入的方向，进入的气体一般是水蒸气，一氧化碳，二氧化碳，氢氮、碳氢化合物等。

3）反应性气孔。

液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生的气孔为反应性气孔。

气孔对铸件的影响：

气孔的存在不仅能减小金属的有效承载面积，而且造成局部应力集中，成为零件断裂的裂纹源，一些形状不规则的气孔则会增加缺口敏感性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。

2.气体的逸出

气体从金属中逸出，有三种形式①扩散逸出②与金属内的某些元素形成化合物③以气泡形式从液态金属中逸出。

气体以气泡形式析出的过程由三个相互联系而又彼此不同的阶段所组成，即气泡的形核、长大、上浮。

气泡的上浮：

当润湿角小于90度时，气泡尚未长到很大尺寸便完全脱落现成表面。

当润湿角小于90度时，气泡长大，过程中有细颈出现，当气泡脱离表面时，会残留一个透镜状的气泡核，它可以作为新的气泡核心。

由于细颈形成需要时间，所以再结晶速度较大的情况下，气体可能来不及逸出形成气孔，可见润湿角小于90度的时候有利于气泡上浮。

气泡的半径越小，液态金属密度越小，粘度越大，气泡上浮速度就越小，若气泡上浮速度小于结晶速度，气泡就会滞留在凝固金属中形成气孔。

综上所述，析出性气孔的形成机理为，结晶前沿气体含量将超过其饱和含量，被枝晶封闭的液相内则具有更大的过饱和含量和析出压力，而液-固界面处气体的含量最高，其他溶质的偏析及非金属夹杂物存在，气体很难排出，从而保留下来形成气孔。

4防止气孔产生的措施。

1）防止析出性气孔的措施。

消除气体来源，采用合理的工艺，对液态金属进行除气处理，阻止液态金属内气体的析出。

2）防止侵入性气孔的措施。

控制侵入气体的来源，控制砂型的透气性和紧实度，提高砂型和砂芯的排气能力，适当提高浇注温度，提高液态金属的熔炼质量。

3）防止反应性气孔的措施。

采取烘干除湿等措施，严格控制合金中强氧化性元素的含量，适当提高液态金属的浇注温度，合理组合保护气体与焊丝形成充分的脱氧条件，焊接时增大热输入和适当预热。

13.2.2夹杂物

1.夹杂物的来源及分类

夹杂物是指金属内部或表面存在的和基本金属成分不同的物质。

夹杂物对金属结晶的影响：

①夹杂物的存在，破坏了金属本体的连续性，使金属的强度和塑性下降。

②尖角型夹杂物易引起应力集中，显著降