21.铸件宏观组织的控制途径与措施1.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响表面细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。

铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。

（1）柱状晶：生长过程中凝固区域窄，横向生长受到相邻晶体的阻碍，枝晶不能充分发展，分枝少，结晶后显微缩松等晶间杂质少，组织致密。

但柱状晶比较粗大，晶界面积小，排列位向一致，其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。

凝固界面前方常汇集有较多的第二相杂质气体，将导致铸件热裂。

（2）等轴晶：晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶粒之间位向也各不相同，故性能均匀而稳定，没有方向性。

枝晶比较发达，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。

细化能使杂质和缺陷分布更加分散，从而在一定程度上提高各项性能。

晶粒越细综合性能越好。

对塑性较好的有色金属或奥氏体不锈钢锭，希望得到较多的柱状晶，增加其致密度；对一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多的甚至是全部细小的等轴晶组织；对于高温下工作的零件，通过单向结晶消除横向晶界，防止晶界降低蠕变抗力。

2.铸件宏观组织的控制途径和措施等轴晶组织的获得和细化强化非均匀形核促进晶粒游离抑制柱状晶区1）加入强生核剂——孕育处理孕育——向液态金属中添加少量物质以达到增加晶核数、细化晶粒、改善组织之目的的一种方法。

变质——加入少量物质通过元素的选择性分布而改变晶体的生长形貌，如球化或细化。

A.形核剂：a）直接作为外加晶核b）通过与液态金属的相互作用而产生非均匀晶核能与液相中某些元素组成较稳定的化合物通过在液相中造成大的微区富集而使结晶相提前弥散析出B.强成分过冷元素：通过在生长界面前沿的富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生细弱缩颈，从而促进晶粒的游离。

强化熔体内部的非均匀形核孕育剂富集抑制晶体生长时间效应:孕育期孕育衰退（2）控制浇注条件① 低的浇注温度。

熔体的过热度较小，与浇道内壁接触就能产生大量的游离晶粒。

有助于已形成的游离晶粒的残存，这对等轴晶的形成和细化有利。

② 合适的浇注工艺。

强化液流冲刷型壁能扩大并细化等轴晶区。

（3）铸型性质和铸件结构薄壁铸件：激冷使整个断面同时产生较大的过冷，容易获得细等轴晶。

型壁较厚或导热性较差的铸件，等轴晶区的形成主要依靠各种形式的晶粒游离。

a.铸型激冷能力的影响：如金属型、石墨型b.铸型表面的粗糙度（4）动态晶粒细化熔体在凝固过程中存在长时间、激烈的对流。

（晶粒或枝晶脱落、破碎、游离、增殖）振动－－机械振动、电磁振动、音频或超声波振动搅拌－－机械、电磁搅拌旋转振荡－周期性地改变铸型的旋转方向和旋转速度22.气孔与夹杂（1）形成过程：金属在熔炼、浇注及凝固过程中，炉料、铸型、浇包、空气及化学反应产生的各种气体会溶入到液态金属中，随温度下降气体会因在金属中的溶解度的显著降低而析出。

尚未从金属中逸出的气体会以分子的形式残留在固体金属内部而形成气孔。

（2）危害：气孔的存在不仅能减少铸件的有效面积，且能使局部造成应力集中成为零件断裂的裂纹源。

一些不规则的气孔，增加缺口敏感性，使金属强度下降，零件的抗疲劳能力降低。

（3）气孔的分类析出性气孔在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体，来不及从液面排出而形成气孔反应性气孔金属液－铸型之间、金属液内部发生化学反应所产生的气危害：有效工作断面下降→σb↓ δ↓应力集中→裂纹疏松→ δ↓气密性↓耐蚀性23收缩（1）收缩的基本概念：铸件在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的体积减少。

①缩孔：凝固体积收缩，得不到液态金属的补充→逐层凝固时→通过液态金属的流动使收缩集中于铸件最后凝固部位形成集中缩孔。

②缩松：糊状凝固→糊状区、液固共存—液体流动困难→晶间树枝间得不到补充→分散的小缩孔危害：机械性能下降、气密性差、耐蚀性差、易出现锻造裂纹产生缩孔、缩松因素与控制：收缩必然性→缩孔或缩松→取决于凝固方式（层、糊）影响凝固方式因素：成分、温度梯度影响缩孔和缩松大小的因素：金属的性质、铸型条件(激冷能力)、浇注条件、铸件尺寸缩孔防止：合理设计浇冒口系统→缩孔于浇冒口中。

缩松防止：无法通过浇冒口消除。

△T↑ 枝晶发达→缩松↑24偏析1.微观偏析微观偏析--短程偏析，是不平衡凝固造的；微观偏析--晶粒内部或晶界等微区内成分不均匀现象。

枝晶偏析晶界偏析1）枝晶偏析a. 机理结晶时冷速较大，扩散来不及，先结晶富高熔点组元，导致树枝晶内部成分不均匀.b. 影响因素合金相图的形状：垂直、水平距离大偏析严重，垂直比水平影响更大（结晶温度低扩散慢）原子的扩散能力：扩散能力差，更易偏析b. 影响因素凝固时的冷却条件：冷速越大，过冷越大，开始结晶温度越低，扩散能力越小；冷速很大，液相中的扩散也受到抑制，发生无扩散结晶，偏析程度反而减小。

合金元素：C促S、P偏析；焊接比铸造偏析程度小，可能与焊接冷速很大，液相中的扩散受到抑制有关.（2）晶界偏析在树枝晶体之间（晶粒与晶粒之间）最后凝固部分（即晶界区）积累了更多的低熔点组元和杂质元素晶界偏析的程度比晶内偏析更为严重，有时在晶界上还会出现一些不平衡的第二相，如低熔点共晶体产生的原因与枝晶偏析相同塑性和韧性降低、增加热裂倾向、降低耐腐蚀性能等（3）微观偏析的消除措施固相线下100~200℃长时间扩散退火（均匀化）热轧或热锻也可改善2.宏观偏析宏观偏析为长程偏析，是发生于区域之间的成分差别（区域偏析）。

液态金属沿枝晶间的流动对宏观偏析的产生有着重要的影响。

焊接不易宏观偏析，熔池中有强烈的对流拌；铸造宏观偏析严重宏观偏析的分类：正常偏析（正偏析）区域偏析反偏析（逆偏析）比重偏析（重力偏) 层状偏析（1）正偏析铸件外层纯度高、溶质含量低，内部溶质含量高、杂质集中的区域偏析为正常偏析机理：冷速较慢，低熔点组元充分向内部聚集危害：铸件性能不均匀；但可借此对金属提纯防止：扩散退火无效，提高冷速有效，如降低浇注温度、加速铸件凝固（2）反偏析外层溶质元素含量反而高于内层的含量；不常见，易发生于凝固温度区间宽、凝固收缩大、冷却缓慢、枝晶粗大、液体金属中含气量较高等情况下。

机理：由于铸件表层枝晶间以及内部的低熔点液体，在液体金属静压力和析出气体压力的作用下，通过树枝晶之间收缩产生的空隙渗出到表面，在表面形成的一种含有较多低熔点组元和杂质的偏析层。

（3）比重偏析a.机理1）合金凝固时有初生相（过共晶或亚共晶），且初生相和液相之间的比重差别较大（过共晶铸铁石墨上浮）2）个别合金液相比重不同导致分层，凝固后比重偏析（Cu-Pb合金上部富Cu）b. 防止措施1）快速凝固2）在合金中加入第三种能形成熔点较高、比重与液相接近的化合物相，在凝固过程中首先从液相中析出，形成树枝状骨架，阻止偏析相的沉浮（4）宏观偏析的消除1）扩散退火无效2）改善加工工艺25.变形与裂纹铸件从液态转变为固态的凝固过程中会发生体积收缩。

有些合金在固态冷却时还会发生相变而伴生收缩或膨胀。

如果铸件或者铸件某部位由于凝固所带来的尺寸变化受到阻碍不能自由进行时，就会产生应力、变形或裂纹（包括冷裂、热裂）26.三种凝固方式定向凝固快速凝固非重力凝固27.28三种连接方式的优缺点、应用场合及焊接方法的概念常见连接成形方法：A 焊接焊接——是一种永久性连接金属材料的工艺方法。

焊接的实质——用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，依靠原子间的结合力使分离的金属材料牢固地连接起来。

焊接方法——熔化焊、压力焊及钎焊。

熔化焊：将工件局部加热到熔化状态，形成熔池，冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合成不可分离的整体。

常见有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等。

压焊：无论加热与否，均需要加压的焊接方法。

常见的有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊和爆炸焊等。

钎焊：采用熔点低于被焊金属的钎料熔化以后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。

钎焊过程中被焊工件不熔化，一般没有塑性变形。

从冶金角度又可分为：液相焊接固相焊接固－液相焊接焊接的优点：（1）焊接生金属材料，结构重量轻。

（2）能制造重型、复杂的机械零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺。

（3）焊接接头不仅具有良好的力学性能，还具有良好的密封性。

（4）能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。

（5）可实现不同材料的连接成型，是不可拆卸的永久性连接。

焊接的缺点：（1）焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；（2）焊接结构中存在焊接应力和变形；（3）接头的组织性能往往不均匀，并会产生裂纹、夹渣、气孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降低连接件的承载能力应用——在机械制造业中以熔化焊的应用最为广泛。

B 胶接——使用胶粘剂来连接材料。

优点：适应性广、工艺简单，应力变形小，适用于各种材料缺点：固化时间长，胶接剂易老化，耐热性差。

C 机械连接——螺纹连接、销钉连接、键连接和铆钉连接优点：标准件，良好的互换性，选用方便，工作可靠，易于检修。

缺点：增加了机械加工工序，结构重量大，密封性差，成本较高。

29.焊缝金属及其热影响区的组织与性能30.焊接的三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区31.何为焊接熔合区、热影响区：靠近熔池的金属，由于经历了焊接高温热源的热循环作用，其组织和性能也会发生变化，这一区域称之为焊接热影响区或近缝区，此区域主要发生物理冶金过程。

介于焊缝和热影响区之间的薄层过渡区称为熔合区32.焊缝的组成：焊缝、熔合区、热影响区、母材33.改善焊缝组织的途径：1.凝固组织形态对性能的影响生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂都有影响2.焊缝金属的性能的改善措施①固溶、细晶等强化和变质处理加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等②振动结晶机械振动、高频超声振动、电磁振动③焊接工艺焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。

34.碳当量：碳当量是反映钢中化学成分对硬化程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。