离异生长和离异共晶：有些情况下合金液不能进入共生区，此时共晶成分的剩余液相在进行共晶转变时没有共生生长界面，共晶中的两相各自独立生长，因而在形成的组织中没有共晶的一般特征。这种共晶结晶方式称为离异生长，获得的组织称离异共晶。

有三种离异共晶：成分远离共晶点但又处于共晶线范围的合金；(2) 在成分偏离共晶点，共晶中与初晶相同的一相不能作为另一相的形核基底，或另一相因液相过冷太甚而析出受阻情况下，初晶相继续长大而把另一相留在枝晶间；当先析出相表面能形成另一相完整的“晕圈”时，将形成先析出相呈球团状的离异共晶。典型的例子是球墨铸铁的共晶团，奥氏体壳包围着石墨球。

6.液体流动对结晶过程的影响 型壁上晶体的脱落,枝晶分支的熔断脱落,晶体增殖,顶部晶体的脱落、增殖和沉积。凡强化液体的对流和温度波动的措施，都有助于晶体的脱落、熔断和增殖，从而缩小柱状晶区并获得细等轴晶；反之，则促进柱状晶的形成。

7.铸件宏观组织的形成和控制 典型的是由表面细等轴晶区、内部柱状晶区和中心粗等轴晶区三个部分组成。然而并非所有铸件(锭)都含有这三个晶区，有的只有等轴晶，有的只有柱状晶，有的由表面细等轴晶和内部柱状晶组成。即便含三个晶区但各晶区所占比例往往也不一样。造成宏观组织多样化的原因很多，诸如合金化学成分、形核特性、浇注温度、合金液在型腔内的流动、铸型的激冷能力及型腔结构等等因素。

铸件宏观组织的控制: 等轴晶组织的获得和细化,措施：①降低浇注温度；②孕育处理；③加强液态金属的运动如振动、搅拌、冲刷等。④提高冷却速度。使整个铸件断面产生很大的过冷，可获得细等轴晶。单向凝固技术与柱状晶组织的获得；单晶体铸件的获得。

铸件微观组织的控制途径：铸造合金微观组织中枝晶间距对合金的机械性能影响甚大，比晶粒大小的影响还要大。随着二次枝晶间距的缩小，合金的机械性能增高。用高冷却速度或极短的局部凝固时间来减小合金的枝晶间距，提高合金的性能。把金属或合金液雾化成极微细的粉末，或在高速回转的筒形金属型表面上铸出极薄的合金“纸带”，用上述方法可达到极高的金属冷却速度和极短的凝固时间。所制成的金属粉末和薄带中，二次枝晶间距极小。在极高的冷却速度下，可获得非晶态的金属微粒或薄片，具有很高的机械性能。 4.2.4 铸件中的偏析

铸件的不同部位乃至晶粒内部，产生化学成分不均匀的现象称为“偏析”。

表9-1偏析的分类

微观偏析 胞状偏析 晶内偏析(枝晶偏析) 晶界偏析 宏观偏折 正常偏析 反常偏析 比重偏析 V型偏析和逆V型偏析 带状偏析 1.微观偏析 有胞状偏析, 晶内偏析,晶界偏析。

2.宏观偏析 宏观偏析(又称区域偏析)是大范围内的化学成分不均匀现象。它大致可分为正常偏析、反常偏析和比重偏析三类；对于铸锭而言，还可能有V型偏析、反V型偏析和带状偏析等等。

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利用溶质的正常偏析，可以使金属达到提纯的目的。所谓“区域提纯”(又称“区域熔化”)，就是利用正常偏析的原理发展起来的。

偏析形成的基本原因在于：①固溶体合金在结晶过程中发生溶质再分布现象，②结晶速度大于溶质在固相中的扩散速度。枝晶偏析普遍存在于铸件中。正常偏析和反常偏析与凝固方式密切相关。正常偏析一般是在逐层凝固下形成的，而反常偏析则往往与糊状凝固有关。

4.2.5 铸件中的气体和非金属夹杂物

1.气孔和非金属夹杂物的类型 铸件内气体分子聚集而形成的孔洞叫做气孔。气孔内壁光滑，明亮或微带氧化色。可分为侵入性气孔，析出性气孔和反应性气孔三类。非金属夹杂物在金属熔炼、浇注及铸件的凝固过程中形成，按其来源分为外生夹杂物和内生夹杂物；按形成先后可分为浇注完毕以前形成的夹杂物和铸件凝固进程中排出的夹杂物。

2.对铸件质量的影响 气孔的影响:气孔破坏铸件材质的连续性，减少铸件的有效承载面积；在气孔周围造成应力集中，成为零件断裂的疲劳裂纹源，从而降低铸件的机械性能。尤其是裂纹状和尖角形气孔，不仅增加缺口的敏感性，而且会大大降低零件的疲劳极限；弥散性气孔，或于凝固时枝晶间的析出气孔(气缩孔)，使铸件组织疏松，降低铸件的致密性，在水压试验时会发生渗漏；暴露在重要加工表面上的气孔，常使铸件报废。

非金属夹杂物的影响: 非金属夹杂物随其类型(如熔点高低，是否润温金属液等)、形状、大小、数量及分布的不同，对铸件质量影响也不同。有害作用:缩小金属有效断面积，降低机械强度;尖角形的夹杂物引起应力集中，同时它与金属基体的弹性模量和膨胀系数不同，会降低铸件的疲劳强度和冲击韧性，特别是热疲劳强度。夹杂物的弹性模量越大而热膨胀系数越小时，则基体内产生的拉应力越大，夹杂物尖角处的应力集中越严重。和金属晶体相润湿的易熔夹杂物，如钢中的FeS，会进入晶间孔隙，形成沿晶界分布的脆性薄膜，不仅降低强度且能引起热裂。金属液中含有大量的难熔非金属夹杂物时，会显著降低金属的流动性。)低熔点夹杂物促成微观缩孔(如钢中FeO)、微观气孔或气缩孔(如铁中的MnS)。出现在重要加工面的渣孔常会使铸件报废。

某些夹杂物的有益作用: ①形成非自发核心，细化晶粒，提高机械性能。例如钢TiN，ZrN、BN等．可作为迫生晶核的非金属夹杂物一般具有熔点高、分散度大的特点。②提高铸件的硬度及耐磨性。例如铸铁中的二元磷共晶，钢中的氮化物、碳化物等。③提高切削性能。当钢中含有微量Ca、S时形成球形硫化物，直径在l0μm以下，分布于晶内，能显著改善钢的切削性能。因此，人们常把钢铁中的氮化物，磷化物、碳化物、硼化物等有益于铸件质量的非金属夹杂物，不视为“夹杂物”，而看成金属的组成相。

3.析出性气孔的形成及防止 综合析出性气孔的形成条件和溶质再分配的关系，可归纳出影响析出性气孔的主要因素有：①合金液原始含气量C0高，②铸件凝固时的外界压力Pa和合金液表面张力小, ③冷却速度小，④合金液的纯净度低，⑤气体的扩散系数D越大，如氢比氮的扩散系数大，因此，氢气孔比氮气孔生成更容易。⑥气体在合金中的溶质再分配系数K0小等，容易出现析出性气孔。

防止措施有：①减少金属液的原始含气量：减少各种气体的来源（炉料应干燥，避免有机物污染，各种炉前附加物、孕育剂等使用前应预热，去除水分，避免炉料有锈蚀层，炉衬、包衬应充分烘干，控制型砂、芯砂水分，限制有机粘结剂用量，勿使发气量过大；

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限制树脂中的含氮量，保证充型平稳，避免紊流严重等。）②控制熔炼温度。③采用真空熔炼。降低金属液含气量等。②对金属液进行脱气处理（浮游去气法，真空去气法，氧化去气法，冷凝去气法。③提高铸件冷却速度。④提高铸件凝固时的外压。⑤选择低气孔倾向的合金作为铸件材质。生产经验表明；防止析出性气孔最根本的途径是使用含气量低的金属液。

4.反应性气孔的形成及防止 由于金属与铸型(芯)之间，金属与熔渣之间，或金属内部某些元素、化合物之间发生化学反应生成气体而造成的气孔，叫反应性气孔。有金属与铸型(芯)间反应性气孔（包括皮下气孔），金属与熔渣间的反应性气孔(渣气孔)，合金液内元素、化合物间的反应性气孔，

防止措施：①)尽量降低金属液的含气量。②严格控制和氧亲合力强的元素含量。③适当提高浇注温度。④限制型砂水分。⑤在铸型-金属界面间造成还原性隔离气膜。⑥)限制树脂砂中树脂的含氮量。⑦充型平稳，铸型应有明的出气孔，使排气通畅。⑧芯撑、冷铁须无油、无锈、干燥。

5.非金属夹杂物的形成及防止 铸件内部残留着非金属夹杂物。这些夹杂物有在熔炼和炉前处理过程中形成的，有在充型过程中形成的，也有在凝固过程中形成的。

夹杂物的分布有如下规律：能作为金属非自发结晶核心的夹杂物多分布在晶内。高熔点的固态微小夹杂物，在金属的凝固区内,能为树枝晶所粘附的分布于晶内。否则分布在晶界。低熔点夹杂物可引起脆性和热裂。

夹杂物越近似球形，对金属基体的机械性能影响越小。夹杂物呈尖角形，甚至包围晶粒沿晶界分布，对金属性能危害甚大，夹杂物越细小而分散，分布在晶内，则危害小。非金属夹杂物对铸件的影响也有好的一面。例如，能作为外来结晶核心的夹杂物，可细化晶粒，提高铸件的机械性能。如何进一步地利用非金属夹杂物的有益作用，控制其大小、形状和分布，消除和减轻其有害作用，仍是有待深入研究和解决的课题。 4.2.6 铸件的收缩及收缩缺陷

大多数合金凝固时体积显著减小，如铸钢，白口铸铁及常用的非铁合金等；少数合金及金属，如灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、铋(Bi)等，凝固时发生体积膨胀。凝固后继续降温时，绝大多数的合金都收缩，只是在发生固态相变时体积才发生暂时的胀大或缩小。铸造合金的收缩特性是铸造性能之一，与形成铸件的缩孔、缩松、裂纹、变形等铸造缺陷密切相关。

1.铸造合金和铸件的收缩的收缩 一般规律:合金液体从浇注温度冷却至常温要经历液态收缩阶段，凝固收缩阶段和固态收缩阶段。

铸造合金的收缩是在标准条件下测得的，代表这种铸造合金的收缩特性。它不能反映铸件的收缩规律。

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图11-4 碳钢的比容与温度、含碳量之间的关系 l-WC=0.35％ 2-WC=O.25％ 3- WC=0.80％

图11-7 铸铁的收缩过程曲线 1-白口铸铁 2-灰铸铁

灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁在凝固过程中，由于存在体积膨胀阶段，且膨胀的大小、出现的早晚，均受到冶金质量和冷却速度的影响，因而有别于其他合金。凝固过程可分为：一次收缩、体积膨胀、二次收缩和固态收缩等四个阶段。

凝固最后阶段的二次收缩现象是由碳的偏析引起的，共晶时石墨是领先相，最后凝固的铁液中严重缺碳，几乎象钢液一样，具有3％的体收缩率。

影响球墨铸铁的液态收缩、体积膨胀、二次收缩的大小、进程的主要因素是：铸铁的冶金质量、冷却速度和化学成分。

2.铸件的收缩 铸件的收缩受许多因素的影响，其特点是：①铸件的收缩受散热流的方向和强度的控制，如单向散热和多向散热不同；②铸件不同部分因薄厚差异和冷却条件不同而存在温度差。同一断面上内部温度高于外部；③凝固时，铸件内部的液态收缩、凝固收缩(或膨胀)和铸件外表的固态收缩是同时进行的；④铸件的内部收缩受浇注系统和冒口补缩的影响；⑤铸件外形的固态(线)收缩受到铸型、砂芯的阻碍，还会受到因铸件结构原因而形成的热阻力的影响等。

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