金属凝固原理 第2章 液态金属的结构和性质.ppt

2.（流动性测试）合金的螺旋形流动性实验 在相同的条件下浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。 图2-10 3.充型能力 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力，是设计浇注系统的重要依据之一； 充型能力弱则可能产生浇不足、冷隔；充型能力过强则可能产生砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。 液态金属的充型能力取决于： 内因 —— 金属本身的流动性 外因 —— 铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。 表1-4 不同金属和不同铸造方法的铸件最小壁厚 金属种类 铸 件 最 小 壁 厚 （mm） 砂 型 金 属 型 熔模铸造 壳 型 压 铸 灰 铸 铁 3 4 0.4-0.8 0.8-1.5 -- 铸 钢 4 8-10 0.5-1.0 2.5 -- 铝 合 金 3 3-4 -- -- 0.6-0.8 二、液态金属停止流动的机理及充型能力的表达式 1.停止流动的机理 （1） 实验现象 浇注两种金属的流动性试样： 纯Al：结晶温度区间 Al-5%Sn：结晶温度区间很宽 观察两种试样纵剖面的宏观组织（试样头部结构）： 纯Al： Al-5%Sn： ℃ 柱状晶 试样末端有缩孔 等轴晶 离浇口越远,晶粒越细 试样末端凸起 （2）现象分析（停止流动机理） 第一类：纯金属、共晶成分合金及凝固温度 第二类：宽凝固温度区间合金停止 很窄的合金停止流动机理示意图 流动机理示意图 前端析出15~20％的固相量时，流动就停止。 充型能力强 图2-12 第一类金属（凝固温度区间窄的金属）停止流动的原因： 由于液流末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱状晶互相接触（或被氧化膜阻塞），流动通道被阻塞。这种凝固方式称为逐层凝固。 第二类金属（凝固温度区间宽的金属）停止流动的原因： 液态金属在流动过程中，温度沿程下降，而前端冷却最快，首先结晶，且晶体分布于整个铸件断面，当晶体达到一定数量时，枝晶构成连续的网络，阻止金属的流动，使通道阻塞。 这种凝固方式称为体积（糊状）凝固。 由上分析看出，由于合金的凝固温度区间（范围）不 同，决定了合金是逐层凝固方式还是体积凝固方式，即决定了合金的凝固特性，也决定了合金的充型能力。因此合金的凝固特性主要由合金的凝固温度范围所决定的。 2.充型能力表达式 设将合金浇注到一水平棒形 试样中，合金的充型能力用 表示，则： 式中： ——静压头H下，液态金属在型腔中的平均流速 （ —流量消耗系数， ） ——液态金属进入型腔到停止流动的时间。近似 等于浇注时间 图2-13 充型能力物理模型 三、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施 1. 金属性质方面的因素 2. 铸型性质方面的因素 3.浇注条件方面的因素 4.铸件结构方面的因素 1. 金属性质方面的因素 （1）合金成分：纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金：在固定的凝固温度下，已凝固的固相层由表面逐步向内部推进，固相层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小，则 大，合金液流动时间 长，所以流动性 好，具有宽结晶温度范围的合金流动性差。 （2）结晶潜热（L）：L约为液态金属热量的85~90%, 对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，放出的潜热越多，凝固过程进行得越慢，流动性越好，因此潜热的影响较大，对于宽结晶温度范围的合金潜热对流动性影响不大（潜热散失约20%后，流动就停止）。 （3）合金液的比热c1 、密度ρ1越大 ，导热系数λ1越小, 合金保持流动的时间 越长，充型能力 越好； （4）合金液的粘度：在充型过程前期（属紊流）对流动性的影响较小，而在充型过程后期凝固中（属层流）对流动性影响较大； （5）表面张力：附加静压头和铸件轮廓的清晰程度。 2.铸型性质方面的因素 （1）铸型的蓄热系数 b2越大，铸型的激冷能力就越强，金属液于其中保持液态的时间τ就越短， 充型能力 就越差。 金属型（铜、铸铁、铸钢等）的蓄