铸件中缩孔与缩松问题分析

在合金冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。合金的液态收缩和凝固收缩越大、浇注温度越高、铸件越厚，缩孔的容积越大。

按照孔洞的大小和分布区域，可将其分为缩孔和缩松两类。其中容积较大的孔洞称为缩孔，细小且分散的孔洞称为缩松。

（1）缩孔 缩孔是容积较大而集中的孔洞。通常隐藏在铸件上部或最后凝固的部位。其外形特征为倒锥形，内表面不光滑。逐层凝固的合金产生缩孔的倾向较大。

对于逐层凝固的合金其缩孔的产生过程如图2-4所示。液态合金填满铸型型腔后（见图2-4a），由于型壁的吸热使得靠近型壁的金属快速凝结为一层固态外壳，而内部仍然是液态（见图2-4b）。随着温度的下降，固态外壳增厚，但内部的液态因为液态收缩和凝固收缩而产生体积减小、液面下降，使得铸件内部出现了空隙（见图2-4c）。直至液态完全凝固，在铸件的上部会形成缩孔（见图2-4d）。已经产生缩孔的铸件继续冷却到室温时，因固态收缩而使得铸件的外形轮廓尺寸减小（见图2-4e）。为了避免铸件内部产生缩孔，可以采用图2-4f中的方式，在铸件的易发生缩孔的位置外面增设冒口。

图2-4 缩孔的产生过程示意图

a）液态合金填满型腔 b）凝结成外壳 c）形成空隙 d）形成缩孔 e）外形尺寸减小 f）顶部增设冒口

（2）缩松 缩松是分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近（缩孔的下方）的细小而分散的孔洞，糊状凝固的合金缩孔倾向小，但极易产生缩松。缩松的形成过程如图2-5所示。

图2-5 缩松的形成过程示意图

表2-3所示为缩孔与缩松的对照比较。

表2-3 缩孔与缩松的对照比较

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（3）防止缩孔和缩松的措施 采用定向（顺序）凝固的方法可以有效防止缩孔的发生。所谓定向（顺序）凝固是指为了防止缩孔与缩松的产生，在可能出现缩孔与缩松的厚大截面部安放冒口或冷铁的工艺方法。采取一定措施，先使铸件上远离冒口或浇注部位先凝固，然后使靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固。使先凝固的收缩量由后凝固的液体补充，最后将缩孔转移至冒口中。

实现定向凝固方法：

1）合理安放冒口。在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口部位凝固，如图2-6所示。

2）安放冷铁。当仅靠铸件顶部的冒口补缩，难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔时，应在该厚大部位设置冷铁，以加快其冷却速度，使其最先凝固，以实现自下而上的顺序凝固，如图2-7所示。

图2-6 安放冒口

图2-7 安放冷铁

图2-8 设置补贴

3）设置补贴。对于一些壁厚均匀的铸件，如图2-8所示，采用顶部设冒口和底部安放冷铁的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松。因此，需在其立壁上增加补贴，即一个楔形厚度，使其形成一个从下而上递增的温度梯度，才能实现该铸件的顺序凝固。

定向凝固的缺点：首先冒口浪费金属；其次是铸件内应力大，易于变形和开裂。其主要用于必需补缩的地方，如铸钢、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和黄铜等。对于形成糊状凝固的合金一般不采用此工艺方法。