Пористость в металлах, как правило, связана с процессом кристаллизации.

Практически все металлы при кристаллизации уменьшают свой объем. При затвердевании происходит скачкообразное изменение объема (рис.1 ). Исключением среди чистых металлов является висмут (таблица). Застывший металл имеет и большую плотность, чем жидкий. Уменьшение объема при кристаллизации называют усадкой.

Рисунок 1. Изменение удельного объема металла в зависимости от его температуры.

Таблица. Величина усадки при кристаллизации различных металлов

Уменьшение объема металла происходит при охлаждении металла в жидком состоянии; при переходе жидкой фазы в твердую, т. е. в процессе кристаллизации; при охлаждении в твердом состоянии. Величина усадки зависит от природы затвердевающего металла. Это видно из таблицы.
Отливка начинает кристаллизоваться от края к центру: сначала формируется твердая корка, поэтому объем отливки уже не меняется. Но поскольку при затвердевании объем металла уменьшается, охлаждение отливки должно сопровождаться появлением пустого пространства. Это пространство – поры или усадочные раковины. Они могут быть заполнены газами, растворенными в жидком металле и выделившегося при кристаллизации. Поры могут располагаться в различных частях отливки, но чаще в верхней части или в центре. На рис.2 показаны различные формы усадочной раковины, встречающиеся в слитках.

Рисунок 2. Различные формы усадочной раковины в отливках.

Лучше всего, если усадочная раковина расположена в верхней части слитка. Тогда ее можно удалить, отрезав верхнюю часть слитка. Раковину, вытянутую вдоль оси по всему слитку, удалить невозможно. При прокатке такая раковина вытягивается и располагается в заготовке в виде внутренней пустоты – щели. Такая пустота, нарушающая сплошность металла, ослабляет сопротивление изделий механическим воздействиям.
Для устранения пористости в объеме отливки сталь раскисляют. При хорошем раскислении усадочная раковина образуется в верхней части отливки. Кипящая сталь (недостаточно раскисленная) содержит поры по всему объему.
Если слиток охлаждать медленно, то усадочная раковина будет находиться в верхней части слитка. Это осуществляется путем применения отливки с «прибылью» или с «утепленной надставкой». Сущность этого способа заключается в том, что на металлическую изложницу сверху ставится надставка из огнеупорного мало теплопроводного материала. Металл из нее питает саму отливку, а усадочная раковина располагается в прибыльной части. Ее потом отрезают.
Изменяя условия разливки и кристаллизации металла, можно изменять относительный объем усадочной раковины, ее форму и характер расположения в слитке. Однако усадку нельзя уничтожить, если кристаллизующийся объем жидкости не будет все время пополняться свежими порциями жидкого металла.
Пористость в отливках может быть обнаружена как с помощью макро-, так и микроанализа. На рис. 3 показана усадочная пористость в прибыльной части отливки стали ДИ23. Это поры макроскопические и доступны для наблюдения невооруженным глазом. На рис.4 показана макроскопическая пористость в литом силумине и микроскопическая пористость (стрелка), зафиксированная микроструктурным анализом.

а	б

Рисунок 3. Поры в отливке стали ДИ23 (5Х3В3МФС), макроструктура; а – пористость на боковой стороне отливки, б – поры в центральной части отливки, в середине – образец без макропористости.

а	б

Рисунок 4. Пористость в образце литого силумина: а – фрагмент отливки, б – микроструктура.

При дендритной кристаллизации первыми в сплаве формируются дендриты. Поэтому поры формируются в наиболее «слабой» части литого материала – в междендритном пространстве. При микроструктурном анализе можно наблюдать пористость по границам дендритов (рис.5).Такую пористость можно отнести к микропористости – невооруженным глазом она не видна.

а	б

Рисунок 5. Пористость в литой стали 4Х5МФ1С, литье: а - быстрое охлаждение, б - медленное охлаждение.

На рис.6 показана микроскопическая пористость в сплаве Al-4%Cu; она видна как на нетравленном шлифе, так и после травления. Такая пористость практически обращает материал в ничто. Механические свойств у него минимальные, такой сплав не годится для изделий.

а	б

Рисунок 6. Пористость в сплаве Al-Cu: а – нетравленный шлиф, б – после травления

В общем, пористость в различных сплавах принимает совершенно разные формы. Пример показан на рис. 7 для силуминов различного состава.

а	б

Рисунок 7 . Пористость в силумине: а – эвтектический сплав, б – АК21.

В определенной степени пористость свойственна любому материалу. На рис.8 показаны воздушные пузыри в затвердевшей эпоксидной смоле, которые появились при перемешивании смолы с отвердителем. Так что их тоже можно отнести к дефектам изготовления. При обычном освещении в светлом поле пузырей почти не видно, только черный кружок там, где пузырек подошел к поверхностии на поверхность вышла дырочка в верхней части пузырька. В темном поле и в поляризованном свете видны все пузырьки, до которых «достали» лучи света от объектива. Потом мы напишем более подробно об оптических эффектах  такого рода.

а	б
в

Рисунок 8. Пузырьки в затвердевшей эпоксидной смоле: а - светое поле, б - темное поле, в - поляризованный свет.

 (этот материал будет продолжен)