第四章液態(tài)金屬充型能力

1、第四章液態(tài)金屬充型能力第一節(jié)第一節(jié) 液態(tài)金屬的充型能力的概念液態(tài)金屬的充型能力的概念一、充型能力的概念一、充型能力的概念二、流動(dòng)性的概念二、流動(dòng)性的概念三、流動(dòng)性和充型能力的關(guān)系三、流動(dòng)性和充型能力的關(guān)系四、流動(dòng)性式樣四、流動(dòng)性式樣1.充型能力 液態(tài)合金充滿鑄型，并獲得形狀完整輪廓清晰的鑄件的能力，叫做液態(tài)合金的充型能力。它取決于金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又受外界條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件形狀等因素的影響，是各種因素的綜合反映。2.流動(dòng)性 流動(dòng)性指液態(tài)金屬本身的流動(dòng)性能力，為金屬的鑄造性能之一，與成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。3.流動(dòng)性和充型能力的關(guān)系 流動(dòng)性好則充型能力強(qiáng)；反之，

2、則充型能力差。流動(dòng)性是確定條件下的充型能力；合金一定，流動(dòng)性一定，但可以通過改變外部條件提高充型能力。衡量金屬或合金的流動(dòng)性，常用螺旋形式樣澆鑄后得到的長(zhǎng)度制來衡量。1-澆口杯；2-低壩；3-直澆道；4-螺旋試樣；5-高壩；6-溢流道；7-全壓井4.流動(dòng)性式樣第二節(jié) 液態(tài)金屬的停止流動(dòng)機(jī)理及充型能力的計(jì)算一 液態(tài)金屬的停止流動(dòng)機(jī)理二 液態(tài)金屬充型能力的計(jì)算一、液態(tài)金屬的停止流動(dòng)機(jī)理一、液態(tài)金屬的停止流動(dòng)機(jī)理1.純金屬、共晶成分合金和結(jié)晶范圍很窄的合金：純金屬、共晶成分合金和結(jié)晶范圍很窄的合金： 2.結(jié)晶范圍很寬的合金：結(jié)晶范圍很寬的合金：二、液態(tài)金屬的充型能力的計(jì)算二、液態(tài)金屬的充型能力的計(jì)算

3、 假設(shè)某成分合金澆注一棒形試樣，充型能力l=v v：靜壓頭H作用下液態(tài)金屬在型腔中的平均流速。 ：液態(tài)金屬進(jìn)入型腔到停止流動(dòng)的時(shí)間 澆 V=(2gh)1/2 H：液態(tài)金屬靜壓頭 ： 流量消耗系數(shù)1.設(shè)：寬結(jié)晶溫度范圍的合金，當(dāng)液流前端阻塞區(qū)x 的固相量達(dá)到某一臨界值時(shí)，流動(dòng)停止。作以下假設(shè)： 鑄型與液體金屬接觸表面的溫度； 液態(tài)金屬在型腔中以等速流動(dòng)； 液流橫斷面上各點(diǎn)溫度是均勻的； 熱量按垂直于型壁的方向傳導(dǎo)，液流表面無熱輻射，沿液流方向無對(duì)流。 = + ：（0 L）：金屬?gòu)某跏紲囟萾澆至tL ：（L 停 ）：液流前端的固相量n達(dá)到臨界值（n=k），流動(dòng)停止。 第一階段： 取距液流端部x的d

4、x元段 （t-t型）dsd=-dv1c1dt t：dx元段的金屬溫度t型： 鑄型的初始溫度ds：元段與鑄型相接觸的表面積 ：時(shí)間 dv：元段的體積 1：液態(tài)金屬的密度c1：液態(tài)金屬的比熱容 J/kg：換熱系數(shù) J/ s m2=W/ m2PFPdxFdxdsdvF:試樣的斷面積 P:斷面積F的周長(zhǎng)）型ttdtcP(Fd11初始條件： t=t澆時(shí)，（在液態(tài)金屬流到x前端時(shí)，仍為澆注溫度）=x/v； t=tL時(shí)，= vxt -tlnPcFcct -tlnPcFvxct -tlnPcF111111）（）（）（型型澆型vxttlnPcFttlnPcF11L11）（）（型澆型= =vxttttlnPcFL

5、11型型澆 第二階段： 此時(shí)開始析出固相，熱平衡方程式為： 型t*1*1c（t-）dsd=-dvdt *1：型ttL內(nèi)合金的密度*11*1c： 內(nèi)合金的當(dāng)量比熱容 型ttL*1ckL1ttkLc=k:停止流動(dòng)時(shí)液流前端的固相數(shù)量L：合金的結(jié)晶潛熱 d=）（型ttdtPcF*11初始條件：= 時(shí)t=Lt（析出固相量為k時(shí)的溫度） t=t停時(shí)，t=kt 停- =型型型型ttttlnPcFttttlnPcFkL*11Lk*11型型ttttlnPcFkL*11 =vxttttlncttttlncPFL1kL*11）（型型澆型型=l=v=xttttlncttttlncPFvL1kL*11）（型型澆型型型

6、型型型型型）（）（tttttttt1lnttttttlnttttlnkkLkkLkkLkkLln（1+x）x（|x|1）同理：型澆型型澆ttttttttlnLLLx型型ttttkL略去， l=型澆）（ttttckLPFvLk11 的求法：有涂料層時(shí)（金屬型） 12x111涂涂1：鑄件側(cè)的換熱系數(shù)211x11涂涂 2：鑄型側(cè)的換熱系數(shù)對(duì)于非金屬型時(shí)，型腔形狀不同時(shí)，2不同，書中介紹. 2. 純金屬和共晶成分合金：= + 為試樣從表面凝固至中心的時(shí)間（第三章介紹） 與上相同：為 澆t0t（結(jié)晶溫度）的冷卻時(shí)間a第三節(jié) 影響充型能力的因素及 提高充型能力的措施 一、金屬性質(zhì)方面的因素二、鑄型性質(zhì)方面

7、的因素三、澆注條件性質(zhì)方面的因素四、鑄件結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面的因素一一 、金屬性質(zhì)方面的因素、金屬性質(zhì)方面的因素1. 合金成分 在流動(dòng)性曲線上，對(duì)應(yīng)著純金屬、共晶成分和金屬間化合物的地方出現(xiàn)最大值，而最大結(jié)晶溫度范圍附近出現(xiàn)最小值。Fe-C合金的流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系2. 結(jié)晶潛熱 對(duì)于共晶和純金屬，能夠發(fā)揮作用，結(jié)晶潛熱越大，釋放的熱量越多，凝固越慢，流動(dòng)性越好。 對(duì)于寬結(jié)晶溫度范圍的合金，散失部分潛熱（20%）后，晶粒連成網(wǎng)絡(luò)，大部分結(jié)晶潛熱不能發(fā)揮作用，所以對(duì)流動(dòng)性影響不大。 特例，初生晶為非金屬（石墨），Al-Si合金的初生晶（相）不形成網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致在過共晶區(qū)流動(dòng)性比共晶區(qū)更好。Al-Si合金流動(dòng)

8、性與成分的關(guān)系3. 金屬的比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù) 比熱容、密度較大的合金在相同的情況下保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)性好。 熱導(dǎo)率小，散失熱量慢，保持流動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，兩相區(qū)變窄，流動(dòng)性提高。4. 液態(tài)金屬的粘度和表面張力 1）粘度 粘度大，內(nèi)摩擦力大，降低流速，減小流動(dòng)性。正常澆注時(shí)，呈紊流狀態(tài)，粘度影響小，在充型后期溫度降低，粘度增加，轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)，才有較大的影響。 2）表面張力 潤(rùn)濕型壁，利于充型，但易于粘砂， 不潤(rùn)濕，需要附加壓頭來克服附加壓力。為提高充型能力，在金屬方面可做的：為提高充型能力，在金屬方面可做的：1.正確選擇合金成分 調(diào)整成分到共晶成分附近，或結(jié)晶溫度范圍小的合金，或 者對(duì)合金進(jìn)行

9、變質(zhì)處理，細(xì)化晶粒，改變枝晶形態(tài)。2. 合理的熔煉工藝 原材料去銹，去污，減少非金屬夾雜物和氣體。脫氧時(shí)， 先加錳鐵，再加硅鐵。 “高溫出爐，低溫澆注”。二、鑄型性質(zhì)方面的因素二、鑄型性質(zhì)方面的因素 1. 鑄型蓄熱系數(shù)大，激冷作用強(qiáng)，流動(dòng)性減小。 2.涂層，金屬型鑄造中澆冒口處涂料中加入蓄熱系數(shù)小的石棉粉，砂型鑄造中加入煙黑材料等。 3. 鑄型溫度高，減小溫差；提高充型能力。 4.發(fā)氣量：鑄型有一定的發(fā)氣能力，在鑄型和金屬液之間形成氣層，減小摩擦阻力，利于充型，但應(yīng)適當(dāng)，氣壓力過大導(dǎo)致澆不進(jìn)，甚至飛濺等，減小發(fā)氣物質(zhì)含量，增加鑄型透氣性。三、澆注條件性質(zhì)方面的因素三、澆注條件性質(zhì)方面的因素1.適當(dāng)?shù)奶岣邼沧囟龋?澆注溫度（決定性影響），提高利于充型，但到一程度后，吸氣量增加，氧化嚴(yán)重，不利充型；還會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶組織粗大，縮孔，縮松等缺陷。2.充型壓頭高，澆注位置合適，頂注式澆注等，都提高充型能力