液態(tài)金屬的充型能力

第一節(jié)液態(tài)金屬的充型能力的概念一、充型能力的概念二、流動(dòng)性的概念三、流動(dòng)性和充型能力的關(guān)系四、流動(dòng)性式樣第1頁(yè)/共34頁(yè)第一頁(yè)，共35頁(yè)。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。第2頁(yè)/共34頁(yè)第二頁(yè)，共35頁(yè)。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，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(guò)改變外部條件提高充型能力。第3頁(yè)/共34頁(yè)第三頁(yè)，共35頁(yè)。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(lái)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4頁(yè)/共34頁(yè)第四頁(yè)，共35頁(yè)。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)算第5頁(yè)/共34頁(yè)第五頁(yè)，共35頁(yè)。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：第6頁(yè)/共34頁(yè)第六頁(yè)，共35頁(yè)。

2.結(jié)晶范圍很寬的合金：第7頁(yè)/共34頁(yè)第七頁(yè)，共35頁(yè)。二、液態(tài)金屬的充型能力的計(jì)算

假設(shè)某成分合金澆注一棒形試樣，充型能力l=vτv：靜壓頭H作用下液態(tài)金屬在型腔中的平均流速。

τ：液態(tài)金屬進(jìn)入型腔到停止流動(dòng)的時(shí)間≈τ澆

V=μ(2gh)1/2H：液態(tài)金屬靜壓頭

μ：流量消耗系數(shù)第8頁(yè)/共34頁(yè)第八頁(yè)，共35頁(yè)。1.設(shè)：寬結(jié)晶溫度范圍的合金，當(dāng)液流前端阻塞區(qū)Δx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)：①鑄型與液體金屬接觸表面的溫度；②液態(tài)金屬在型腔中以等速流動(dòng)；③液流橫斷面上各點(diǎn)溫度是均勻的；④熱量按垂直于型壁的方向傳導(dǎo)，液流表面無(wú)熱輻射，沿液流方向無(wú)對(duì)流。τ=τ′+τ″τ′：（τ0∽τL）：金屬?gòu)某跏紲囟萾澆至tLτ″：（τL∽τ停）：液流前端的固相量n達(dá)到臨界值（n=k），流動(dòng)停止。第9頁(yè)/共34頁(yè)第九頁(yè)，共35頁(yè)。第一階段：τ′

取距液流端部Δx的dx元段

α（t-t型）ds·dτ=-dvρ1c1dtt：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τ：時(shí)間dv：元段的體積ρ1：液態(tài)金屬的密度c1：液態(tài)金屬的比熱容J/kg·℃α：換熱系數(shù)J/℃·s·m2=W/℃·m2第10頁(yè)/共34頁(yè)第十頁(yè)，共35頁(yè)。F:試樣的斷面積

P:斷面積F的周長(zhǎng)初始條件：

t=t澆時(shí)，τ（在液態(tài)金屬流到Δx前端時(shí)，仍為澆注溫度）=Δx/v；

t=tL時(shí)，τ=τ′第11頁(yè)/共34頁(yè)第十一頁(yè)，共35頁(yè)。τ′=

τ′=第12頁(yè)/共34頁(yè)第十二頁(yè)，共35頁(yè)。

第二階段：τ″此時(shí)開(kāi)始析出固相，熱平衡方程式為：α（t-）ds·dτ=-dvdt

：內(nèi)合金的密度：

內(nèi)合金的當(dāng)量比熱容=k:停止流動(dòng)時(shí)液流前端的固相數(shù)量L：合金的結(jié)晶潛熱第13頁(yè)/共34頁(yè)第十三頁(yè)，共35頁(yè)。

dτ=初始條件：τ=τ′時(shí)t=（析出固相量為k時(shí)的溫度）

t=t停時(shí)，t=

τ停-τ′=

τ″=τ=第14頁(yè)/共34頁(yè)第十四頁(yè)，共35頁(yè)。l=vτ=ln（1+x）≈x（|x|<1）同理：略去，

l=

第15頁(yè)/共34頁(yè)第十五頁(yè)，共35頁(yè)。的求法：有涂料層時(shí)（金屬型）：鑄件側(cè)的換熱系數(shù)

：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)，不同，書(shū)中介紹.

2.純金屬和共晶成分合金：τ=τ′+τ″τ″為試樣從表面凝固至中心的時(shí)間（第三章介紹）

τ′與上相同：為

（結(jié)晶溫度）的冷卻時(shí)間第16頁(yè)/共34頁(yè)第十六頁(yè)，共35頁(yè)。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)方面的因素第17頁(yè)/共34頁(yè)第十七頁(yè)，共35頁(yè)。一、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。第18頁(yè)/共34頁(yè)第十八頁(yè)，共35頁(yè)。Fe-C合金的流動(dòng)性與狀態(tài)圖的關(guān)系第19頁(yè)/共34頁(yè)第十九頁(yè)，共35頁(yè)。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。

第20頁(yè)/共34頁(yè)第二十頁(yè)，共35頁(yè)。特例，初生晶為非金屬（石墨），Al-Si合金的初生晶（β相）不形成網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致在過(guò)共晶區(qū)流動(dòng)性比共晶區(qū)更好。Al-Si合金流動(dòng)性與成分的關(guān)系第21頁(yè)/共34頁(yè)第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。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。第22頁(yè)/共34頁(yè)第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。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(lái)克服附加壓力。第23頁(yè)/共34頁(yè)第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。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?！案邷爻鰻t，低溫澆注”。第24頁(yè)/共34頁(yè)第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。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(guò)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。第25頁(yè)/共34頁(yè)第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。三、澆注條件性質(zhì)方面的因素1.適當(dāng)?shù)奶岣邼沧囟龋簼沧囟龋Q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。3.合理地布置內(nèi)澆道在鑄件上的位置，選擇適當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)。第26頁(yè)/共34頁(yè)第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。四、鑄件結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面的因素1.折算厚度折算厚度越大，散熱比較緩慢，則充型能力較高；反之，不容易被充滿。鑄件壁厚相同時(shí)，在鑄型中垂直壁比水平壁容易充滿。2.鑄件的復(fù)雜程度模數(shù)大，容易充滿；復(fù)雜，充型困難第27頁(yè)/共34頁(yè)第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。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(lái)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28頁(yè)/共34頁(yè)第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。

第二階段：τ″此時(shí)開(kāi)始析出固相，熱平衡方程式為：α（t-）ds·dτ=-dvdt

：內(nèi)合金的密度：

內(nèi)合金的當(dāng)量比熱容=k:停止流動(dòng)時(shí)液流前端的固相數(shù)量L：合金的結(jié)晶潛熱第29頁(yè)/共34頁(yè)第二十九頁(yè)，共35頁(yè)。

dτ=初始條件：τ=τ′時(shí)t=（析出固相量為k時(shí)的溫度）

t=t停時(shí)，t=

τ停-τ′=

τ″=τ=第30頁(yè)/共34頁(yè)第三十頁(yè)，共35頁(yè)。一、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。第31頁(yè)/共34頁(yè)第三十一頁(yè)，共35頁(yè)。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。第32頁(yè)/共34頁(yè)第三十二頁(yè)，共35頁(yè)。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(lái)克服附加壓力。第33頁(yè)/共34頁(yè)第三十三頁(yè)，共35頁(yè)。感謝您的觀看！第34頁(yè)/共34頁(yè)第三十四頁(yè)，共35