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[分享] 液态模锻常见缺陷!!!

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发表于 2006-11-2 14:16:24 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国辽宁沈阳

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液态模锻件常见的缺陷与对策
5 R5 I* H2 z4 l( X
1 b' E- S& Y$ X0 p# t% M0 C
    (一)液态模锻件缺陷的分类
; M5 \! Y/ C( `# A% p" u    1.形状、尺寸偏差3 m$ H3 H& p9 F: _! R6 `/ ?* y1 m
    包括:①模膛填充不满;②高向尺寸偏差;③尺寸精度低。) S" \, W( f, M2 b' o  k2 Y
    2.表面缺陷. N+ R) m4 q. _2 K: J
    包括:①冷隔;②挤压冷隔;③表面起泡;④表面夹杂;⑤表面粘焊与粒状溢出物;⑥塌陷;⑦擦伤。
1 F3 [8 S( q* t    3.内部缺陷9 S: Q5 i1 o2 K6 v& c; d
    包括:①气孔;②缩孔和缩松;③夹渣和夹杂;④挤压偏析;⑤异常偏析;③枝晶偏析。: h! [1 K3 T- D8 P- F5 V; ?
    4.裂纹) p/ V! o& X+ U" \+ ^1 [
    包括:①热裂;②缩裂;③冷裂。
: S! W: U% u5 i1 G* K0 p! g    (二)液态模锻件缺陷特征、产生原因与对策  A- l" B% \0 q1 J) w% c5 y! d% n
    1.模膛填充不满$ ^, B$ A. d2 X+ m. a& b
    制件棱角处未充满,甚至不成形,头部呈光滑圆弧状。产生的原因有:
( q. H9 r. t, ]; ~+ @    1)模温和浇注温度低,挤压力不足或加压太迟,液态金属加压前已凝固成厚壳,随后加压无法使其变形,以填充棱角处;
( K  b2 Y: E  ~- w. C9 }    2)涂料涂敷不均匀,或棱角处涂料积聚太多,阻碍了金属的充填;& W# h- U& b. v9 z8 G/ X9 N
    3)模膛边角尺寸不合理,不易填充。3 T3 N* H( N4 I! ?( r4 B2 v1 r
    防止对策:
; i0 P, I* P+ z5 n6 S    1)适当提高模具预热温度和挤压力;6 [! h2 x+ ?5 K
    2)尽快施压;
0 p/ Z+ T( x8 p: W/ Y5 ?    3)改进模膛设计,便于金属流动;$ ^" q; K* c& B7 G9 m; }+ @- `
    4)涂料采用喷涂,切忌堆积。2 }; S0 n, Z( x0 o, w8 u: B' {
    2.高向尺寸偏差6 Y" w0 F7 X& T5 v, o4 o
    产生原因是,定量浇注不准确,浇注的液态金属过量或量不足,产生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺,或在浇注勺、凹模内做好标记,尽可能控制浇注液态金属的量;有时在凹模上开条溢流槽,当模具闭合时,将多余的金属液挤出,从而达到定量,保证制件的高度尺寸。
6 h& X3 l1 ^: E6 I8 @# j0 H* q    3.精度差
6 o" G4 K* J0 n' F4 W0 i8 j7 e1 y    产生原因是模膛设计不合理或加工装配不好,不能保证制件的形状和尺寸;组成模膛的零件被磨损、变形或活动零件未恢复原位。其改进措施:正确设计和制造模具,保证试模后的制件与设计的一致性;加强生产过程中制件精度检查,一旦超差,即对模具进行修复或更换。
! u' M3 C2 {# x; Z: |    4.冷隔
7 _7 r+ A7 f: p9 \+ Q    冷隔的外观特征是在制件表面有不规则的明显下陷线形纹路(有穿透的和不穿透的两种),形状细小而狭长,在外力作用下有发展趋势。其形成原因:7 i  _. y! j" M1 P' j% `* b
    l)多浇包多点同时浇注,使两股金属流对接,但未完全熔合而又无夹杂存在其间,两层金属结合极弱;
4 v8 T# o* ^7 T- M    2)多浇包顺序浇注,前后两包断流时间太长;
7 N) @& ]. q/ U/ [4 S7 S    3)模具温度低。
7 K" E; C& R3 F0 g: v    改进措施:$ N# X/ D4 ^. S
    1)适当提高模温和挤压力;
6 W' k8 x% i, k. X    2)多泡按序浇注时,两泡间避免断流。
/ j. R  C' k+ @8 Z  v/ f    5.挤压冷隔3 H8 Q& q, G4 `. t) A- v3 |9 G- L
    当金属液在模膛中停留较长时间才合模施压,而且金属液上挤充模,使这部分金属与原浇注液面之间形成一圈冷隔,如图7-1所示。模膛中金属表面有一层较厚的氧化皮,挤压成形后,外留的氧化皮基本上仍在原来位置,导致这一部位的金属与金属间没有熔合,即出现冷隔。 (未完待续)
* B5 a- g4 [* v6 @7 J& e" c9 S0 R4 E+ { 5 E8 z8 ?$ y8 x0 U. w! K0 L4 d# u

6 ?! E3 j5 w9 M6 q  L 6 E( U2 O2 \* ?* |
希望楼主下次在一楼把资料发完(或采用附件的形式)谢谢!!!1 I, u$ y4 a2 _5 Q# s. F2 X  Y
0 ^3 I! G& q$ |# P& l: C6 S8 M% |0 j
[ 本帖最后由 sting811 于 2006-11-2 23:00 编辑 ]
 楼主| 发表于 2006-11-2 14:17:35 | 显示全部楼层 来自: 中国辽宁沈阳

液态模锻常见缺陷!!!

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-1.jpg( [2 T# T; R3 W0 g- f4 d, S* G
图7-1 挤压冷隔形成示意图 a)合模前 b)合模施压 3 D& {8 k2 f* B
    挤压冷隔形成,与制件成形方法相关。即凸式冲头加压中,这种冷隔在所难免。其防止措施:提高模温和浇注温度;工艺节拍许可时,尽量缩短加压前停留时间;选择不易氧化的合金等。这些措施,只能降低冷隔的危害程度,但无法根本消除,倘若不许可存在,只能改变成形方法:
1 E; _% @- a0 ^3 i    l)设计模具时,将制件位置倒过来,以便用平冲头加压代替凸式冲头加压;  t7 ]( p) q/ W- m
    2)采用先合模、挤入液态金属,紧接着施压。
! P% f7 l, y  [1 E    6.表面起泡
# \* H* e* _+ O# p    制件表皮下被压扁的气孔,在制件脱模或热处理加热时,因热胀将表面鼓起气泡。产生原因有:
+ X7 C% `! o5 K, v3 j( Y    1)凹模中未燃尽、未挥发的涂料过多,或模膛排气不好,使浇注中产生气体浸人液态金属内部;
" ~) }1 d7 x3 {' I' \) c    2)挤压速度过快,使液态金属填充模膛时产生涡流而卷入大量气体;. E5 P! l% Q$ a6 f) G; G  a$ g
    3)液态金属含气体量太多,加压前析出的气泡来不及逸出,被压扁在表皮下。
5 T, A: J: ]3 o" W    改进措施:
7 V+ i. `3 \' u. ]    1)适当提高模温,并采用喷涂方法,使涂料在浇注前已干固;; v# X$ V" q& G3 D; p
    2)施压要慢而平稳;
7 q; o3 n$ r3 D  A# t7 W: S    3)注重液态金属除气操作;3 D3 d2 z& {/ e
    4)模具设计应考虑排气措施。' X$ S5 b5 G1 R
    7.表面夹渣% X3 Y* e  ~& t- k0 D2 N
    表面夹渣是在液态模锻过程中,部分涂料或氧化皮被挤入制件表层,在淬火时呈现皱皮或氧化渣麻点。产生原因有:
/ D1 w0 b2 h9 O    1)涂料过多或未干因就进行浇注,使涂料带人液态金属中,有的还与金属波液发生作用,形成化合物夹杂。例如,高锡青铜的“硬质点”就是这样;# H% L( _& h5 L" Q" z4 f
    2)冲头加压时,使已自由凝固的结晶硬壳发生大的皱把变形,将涂料、氧化皮等挤入制件表层中。
, n" @$ Z5 q$ Y( M" v8 e) ]    防止对策:) l$ u3 b, v& _& d! c
    l)适当提高模温,涂料必须喷涂均匀、干固;
. g+ w" ^# ^8 a( K    2)加压前停留时间尽量短,保证加压时已凝固层不太厚且温度高,不易发生大的皱褶变形。
- s3 a. ~8 U$ Z    8.表面粘焊与粒状溢出物4 E/ O, d- u% S8 h6 a% L, u" G
    制件脱模时,在模芯表层留有一层粘焊物,并使制件内表面粗糙,严重时在制件内孔表面有许多豆粒状金属粒溢出,其最大直径可达2mm。& ^: v; L9 X9 C: p. K# D+ g0 D# T
    产生原因是,浇注温度和模温过高,保压时间又不足,制件未凝固即开模取件。由于制件表层下未凝固金属液被吸出,轻者粘焊于模芯表面,严重时形成粒状物溢出,并分布于件内表面。4 I: z$ \4 o" f; G
    防止对策:保压时间应足够,即制件凝固结束后才允许脱模。
5 z! |1 K# h0 F- P$ C    9.塌陷
, k! S" |' S5 B3 K! F( }    挤压过程中卷入的空气及从金属液中析出的气体造成的反压,有可能使制件的细小之处产生塌陷。防止的对策有:
/ }2 s6 X  }* \2 ~9 B& ?" p6 ~    1)加大模子与冲头的间隙,改善通气状态;( z6 u. N- L, t8 [: t7 z/ M+ `
    2)少涂些润滑剂,多了会堵塞通气孔;* P: P' D& [2 p; E" r1 U
    3)发现制件有塌陷,可在模具相应部位增加通气孔的数目;, u# e) }4 v% ?) W  C
    4)采用组合式模具。/ U9 U5 [3 `3 E. I/ G! S
    10.擦份4 V- l( |# a. T2 p; f# J$ G0 R6 [
    制件表面沿出模方向拉伤痕迹称为擦伤。产生原因有:" i8 c: p- [' G! ]0 t
    1)模具的脱模斜度太小,模膛表面粗糙或表面有伤残等,使制件脱模困难造成擦伤;, u( m% F) j9 Q6 m/ j# O
    2)浇注温度和模温过高、涂料不足或浇注时金属液流对模膛冲刷作用剧烈,造成金属与模膛粘焊,脱模时将制件擦伤,甚至撕裂。2 N2 g& u: E5 L6 p
    预防对策有:( W3 k* O* o' h. D0 p0 F0 o6 m
    1)在固定部位擦伤时,要修复模具、修正脱模斜度,打光压痕;9 \5 Y! Z6 a2 w9 y8 D' ?
    2)擦伤无一定部位时,在擦伤部分相应的模具上增敷涂料;6 C. t' @5 `, \0 Q2 x
    3)对于因粘模造成的擦伤,采用降低浇注温度,控制模温,调整涂料品种和涂敷方法,修复易粘焊模膛部位。
, k5 Y# m; y2 z& P    11.气孔: q$ X4 u2 w3 [$ x0 t3 N
    金属在熔融状态时能溶解大量气体。在冷凝过程中由于溶解度随温度降低而急剧减小,致使气体从液态金属中释放出来。若此时尚未凝固的金属液被已凝固壳包围,逸出的气体无法排除,就包在金属中,形成一个个气孔。它具有光滑的表面,形状规则成圆形或椭圆形。形成原因:
8 g' l# c1 m% \: h1 {& t' S6 z    1)由于炉料不干净或熔炼温度过高,使金属液含有大量的气体,在随后的结晶凝固中来不及浮至液面逸出,产生析出性气孔。气孔壁具有光亮的金属光泽;# p* I: G, X% N0 f
    2)挤压速度过快,液态金属充模流动时产生涡流而卷人大量气体,形成侵蚀性气孔。由于金属在高温时与空气中氧作用而发生氧化,致使气孔壁呈灰褐色或暗色;
2 G3 F6 A5 W. H    3)由于模温低,涂料积聚,致使浇注前涂料未干固。与金属液发生化学反应,形成反应性气孔;3 E" c$ |4 p' o6 e8 U
    4)浇注至开始加压的时间间隔太长,由于液态金属表面结壳或粘度增加,使液态金属因冷却析出的气泡不能顺利逸出,在随后加压中,被保留或压扁在制件中;
3 u( O; [# ]9 Y) o; o# S    5)压力能使气体在金属中溶解度增加。压力不足,无法抑制气泡形成,而使气孔形成几率增加。
+ F; _6 e$ B3 r    防止对策:: f  @9 [0 v% K. ]9 y4 _( F
    1)使用干燥而洁净炉料,不使合金过烧,并很好除气;
% ]2 h1 s5 `/ T- w; v7 }5 z4 W5 E    2)涂料涂敷薄而均匀,严禁积聚;提高模温,保证浇注前涂料干固;
. M4 J! X" u3 o    3)选取足以阻止气孔形成的比压值,并尽量缩短加压前停留时间。, h0 L$ O% i" H6 S8 v. r/ w
    12.缩孔和缩松
! i  R1 y! E+ n+ v' L: Z: D    缩孔和缩松是金属在凝固时体积收缩,而外壳又已经凝固得不到补缩所产生的。孔洞大的叫缩孔;细小分散的叫缩松。凡是液相与固相温差大的金属,产生缩松可能性大,对于共晶合金是在一定温度下结晶,易产生集中缩孔。区别缩孔与气孔,看孔的内壁光整与否。气孔内有气体存在,所以孔壁光滑圆整;缩孔因得不到补缩,孔壁被拉成不平的皱皮,而且集中在最后凝固部位。它们往往和气孔混合在一起。产生原因有:
% E5 T& @9 a+ R# u3 I    1)施加压力低,未能保证金属液始终在压力下结晶凝固,直至过程的结束;  W; @8 J+ g7 {' M
    2)浇注至开始加压的时间间隔太长,使液态金属与模膛接触面自由结壳太厚,减弱了冲头的加压效果;7 K/ }4 D. ]  I4 e
    3)保压时间短,金属未完全凝固即卸压,使随后凝固部位得不到压力补缩;
# a# B$ }- A/ Y+ R; Y; K    4)浇注温度过低或过高,降低了对制件的压力补缩效果;
" n: Y/ N8 i4 A& M/ I4 }0 ~    5)制件壁厚相差过大,挤压时冲头被凝固早的薄壁部位所支撑,使厚壁的热节部位得不到压力补缩;
4 P. X, K3 y. }5 r4 @* E    6)制件热节处高加压冲头过远,由于存在“压力损失”,而降低对该部位的加压效果。% _  d' O5 C$ f" W
    改进措施:
5 @  f( T8 x8 R7 G( I    1)提高比压,选取合适的保压时间;
+ r% s) K  L4 C& f/ ~* u    2)降低浇注温度,使之刚刚高于合金的液相线温度,以减小厚壁部位金属液的过热程度;2 A: `5 x; X: u0 P% z0 W; U
    3)模具上与制件厚壁部位相对应区域,设法予以激冷,厚壁部位应离施压端最近;
# t) C3 S7 Q) d) O    4)将冲头设计成可相互运动两部分,以便对不同凝固部位,施以不同压力;2 M# t6 o6 S' W$ t% @
    5)对制件重新设计,使其截面比较均匀。( n& \5 q% v: S& n! v! Y. ~
   (未完待续)
 楼主| 发表于 2006-11-2 14:18:52 | 显示全部楼层 来自: 中国辽宁沈阳

液态模锻常见缺陷!!!

13.夹渣和夹杂
6 M9 S1 L  ^9 `1 @4 w    由于液态模锻条件下,无排渣和集渣冒口。如果金属液质量不高,含渣过多,浇注前渣的清除又不彻底,这时,在液态模锻过程中,渣有可能上浮到制件顶端,施压后就残留在制件表面内,就形成表面夹渣。如果渣来不及上浮,就已经合模和施压;结果渣必裹在制件内,成为内部夹渣。其外观特征是在制件上有不规则明或暗孔,孔内被熔渣充塞。与夹渣并存的,还有氧化夹杂。铝合金熔炼时生成处Al2O3、MgO这类固态氧化物,其密度与铝液很相近,它们会以悬浮状态保留在合金液中。凡进入模子的氧化夹杂肯定会留在制件中。其外观表现为在金属基体上有较硬的细小质点或块状物。形成原因有:
3 C  j/ L3 R+ ]% B' m1 F    1)由于炉料不干燥、不洁净,致使合金液一开始就有夹杂;0 {( G2 \. {/ c5 C! H
    2)熔化、保温、精炼或变质过程中,金属液被炉气污染,形成炉渣或氧化物夹杂;
+ G% {8 K( }" o  ?) e8 O$ Q9 H* s    3)液态金属在其运输、浇注过程中,因操作不当而带入氧化皮、炉渣和炉村等杂物;
) N. R$ t( b7 E3 d    4) 坩埚、浇包及其它工具上带来的夹杂。# r" H  h" R) a& ?& X0 c  x
    防止对策:
: D3 c; ^: _/ M    1)将炉料及所用的熔炼工具清理干净,充分预热;
8 v0 `9 {* ]$ V    2)熔炼过程中,既要注重造渣的工艺操作,又要注重除渣的工艺操作,两种不能偏废;- ^$ {6 i. E. D2 \/ i- E6 E
    3)尽可能降低金属液的保温温度,缩短金属液在炉子及模具中的停留时间;% K  b# h' p$ q* o+ K. t& y
    4)对于铝合金,采用泡沫陶瓷过滤器过滤金属液,最为有效。' d  T: ]! X4 |9 E6 d
    14.挤压偏析
8 Z! T+ ~* f3 L1 `9 d    液态模锻的凝固速度快,故微观偏析比其它铸造方法要轻些。但是,凹陷较深的零件在液态模锻时,容易产生一种独特的宏观偏析一一挤压偏析。图7-2用来说明挤压偏析的形成机理。液态金属浇人模膛后,首先在模壁处成核,长大,结成硬壳。随着已凝固层不断由模膛壁向前推进,与之相邻接的液相中的溶质元素越来越富集,一旦合模加压,这部分液体就会挤至制件的边缘部位。偏析部位溶质元素含量高,低熔点相也多。从钢平法兰液态模锻件宏观组织观察中得出,周边有一深深痕纹,就是证明,如图片7-1所示。压力愈大,钢液质量愈低,这条痕纹愈明显。模温愈低,加压前停留时间愈长,痕纹离外壁距离愈大。控制挤压偏析的措施:( r, U$ o8 _& N! t+ b
    1)先合模,再将金属液经由浇口注入,然后加压,缩短了金属液在施压前模具中停留时间;      1 C. N; i- c7 B; u
    2)提高模具温度,以减轻合模前合金凝固的程度及溶质元素的富集现象。
. B, P  X% X! \
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-2.jpg
& @* B  B2 D5 `/ C" j$ v图7-2 挤压偏析形成机理
7 J6 x& R+ X( q- R- ehttp://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-1.jpg
" f5 m9 e( G" u7 @6 e+ m图片7-1 20钢φ90平法兰宏观组织
    15.异常偏析
1 m! N! P( Z. q- I    分配系数K0<1的溶质元素在合金凝固时,由于选择结晶结果,此元素在先凝固的制件表层浓度总是低于制件心部,出现正偏析。液态模锻往往促使正偏析的产生、出现所谓“液态模锻异常偏析”,即在普通铸造方法不易出现的严重正偏析。对于某些结晶温度间隔宽的合金,如锡青铜、铅青铜、Al-Cu4%和Al-Si2.5%等合金,和合金中偏析系数大的溶质元素。当合金浇注温度过高,温度梯度太大,外周呈现发达的柱状晶时,这种倾向尤甚。对于共晶的Al-Si合金和Al-Mg5%~10%合金,这种倾向不明显。
& Q" W1 s' f$ }( K5 \( I$ t/ x' S    “异常偏析”形成机理,某些研究者认为:这是制件在结晶过程中,树枝晶轴间未凝固的溶质元素富集的液态金属,在外部压力作用下,从树枝晶轴间挤出,排挤到最后凝固区,如图7-3所示,加压方向和凝固方向垂直,易形成异常偏析。防止对策为:
& V2 h: G) F% p7 ^    1)降低浇注时液态金属的过热度,以便在接近液相线温度时进行施压;
( T& n! t4 d7 f$ T  p' c    2)施压方向与凝固方向一致。' D  I2 E; V& g, w$ O. O" W
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-3.jpg
( O' S- Y, c" [- p8 ^: u$ m) G图7-3 加压方向和凝固方向垂直形成异常偏析
    16.枝晶偏析
. W6 ^( d' x/ r" H    液态模锻时,由于过程进行的速度很快,溶质来不及均匀扩散,有利于成分均匀,以获得无偏析制件,这是问题一方面。从另一方面,施压前凝固前沿已有溶质积聚,并在自然对流影响下,迅速扩散或沉积。一旦施压,这些低熔点溶质便挤入结晶前沿的枝晶中去,形成严重的枝晶偏析。虽然过程进行的很快,但选择结晶依然存在,熔点低的元素,在金属流动的带动下,也要作近程迁移,稍一积聚,就可能在压力作用下,挤人凝固前沿的枝晶间隙中去。周而复始,无论早期凝固,还是晚期凝固的组织,均不同程度存在枝晶偏析,如图片7-2表明钢质液态模锻中,碳的浓度沿原奥氏体晶界就偏高,因此,以后的组织转变就形成珠光体偏析。改进措施:3 w7 W9 Z" e- f. `: X; N
    1)提高模具温度,降低金属浇注温度,以降低熔体的温度梯度;0 u, q! A9 g! k* M: O! y- o2 h
    2)选取最佳的热处理工艺,是消除枝晶偏析切实可行措施。
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-2.jpg
8 d# d" b1 d3 ~4 A  Y% D图片7-2 钢液态模锻件技晶偏析
- V8 W, L5 _1 P( @8 q9 @4 q6 ta)柱状技晶偏析(平法兰)b)粗大等轴枝晶偏析(杯形件) 5 Z  v5 D7 K  }; w; Q
    17.裂纹$ p9 J' b4 U; i$ i' E
    制件的金属基体被破坏或裂开,形成细长的、不规则线形的缝隙,在外力作用下有进一步发展趋势,这种缺陷称裂纹。裂纹有热裂纹、冷裂纹和缩裂之分。热裂纹断面被强烈氧化呈暗灰色或黑色,无金属光泽;冷裂纹断面洁净,有金属光泽;缩裂是与缩孔、缩松并存的一种内部缺陷。形成原因是:' z1 ?( C- s0 _8 n
    1)制件厚薄过于不均,使截面急剧变化处冷却不均而产生内应力,将脆弱地方拉裂;
" H' F- I* Q  Q    2)制件未凝固完毕就出模(保压时间不足),未凝固部位出现自由结晶凝固,不仅产生缩孔和缩松,而且产生缩裂;
7 e4 k9 d1 h4 w4 K, y+ F1 J, b    3)由于金属芯子没有退让性,制件脱模也不能太迟,否则模芯将对制件收缩产生阻碍,使制件承受拉应力,脆弱部位将被拉裂;
( |8 l. @. y( F5 j* b    4)模温低,尤其模芯温度过低,压力太小或加压太迟,使制件得不到压力补缩;
/ J/ T; `7 v2 z. m; p6 Z% a    5)合金含脆性杂质太多,或合金易氧化,降低了制件金属的热塑性或降低了抵抗高氧化能力。
8 f# Q3 Q' K$ T& p( A5 m) j    改进措施:7 Z8 g3 l/ E" q6 G9 W
    1)重新设计制件,使其厚薄相差不要太大,并加大过渡的圆角半径;
4 {  k. e) \8 _6 }8 @, L2 _    2)保证制件始终在压力下结晶凝固,有足够的保压时间;# N7 `; J2 ~' Y9 g5 E) Z/ B6 U
    3)提高比压值,使制件一旦产生热裂,能产生塑性变形,进行愈合;
4 O1 b* s- b8 L8 Y$ `) Y' ~8 u- E    4)降低浇注温度,减轻偏析现象;# z! N6 S8 Q, x# c* \/ j+ L
    5)带有模芯的制件,需及时脱芯,且脱芯操作应平稳;
2 _" b7 k" ~1 \    6)提高合金质量,注意熔炼操作。

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