液态金属的充型能力

1、第一章 液态金属的结构与性质,1,第四节 液态金属的充型能力,一、 液态金属充型能力的基本概念 二、 影响充型能力的因素,第一章 液态金属的结构与性质,2,液态金属充型能力,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、砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。,第一章 液态金属的结构与性质,3,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,第一章 液态金属的结

2、构与性质,4,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。 1.浇口杯, 2.低坝, 3.直浇道, 4. 螺旋 5. 高坝, 6.溢流道, 7.全压井,第一章 液态金属的结构与性质,5,液态金属停止流动机理与充型能力,图1-25 纯金属、共晶成分合金及结晶温度 图1-26 宽结晶温度合金停止 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1520的固相量时，流动就停止。,充型能力强,第一章 液态金属的结构与性质,6,影响充型能力的因素,1. 金属性质方面的因素（流动性的高低） 2. 铸型性质方

3、面的因素 3. 浇注条件方面的因素,第一章 液态金属的结构与性质,7,1. 金属性质方面的因素,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，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不好；,结晶潜热（约为液态金属热量的8590%）：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，凝固过程进行的越慢，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。,合金液的比热、密度越大，导热系数越小, 充型能力越好； 合金液的粘度，在充型过程前期（属紊流）对流

4、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。,例：Fe-C合金流动性与成分的关系,第一章 液态金属的结构与性质,8,对于结晶温度范围较宽的合金，散失约20潜热后，晶粒就连成网络而阻塞流动，大部分结晶潜热的作用不能发挥,所以对流动性的影响不大。 A1Si合金的流动性,在共晶成分处并非最大值,而在过共晶区里继续增加,是因为初生硅相块状晶体,有较小的机械强度，不形成坚强的网络，结晶潜热得以发挥。硅相的结晶潜热比 a相大三倍。,第一章 液态金属的结构与性质,9,2、铸型性质方面的因素：,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就越短，充型能力下降

5、。 金属型（铜、铸铁、铸钢等）的蓄热系数b2是砂型的十倍或数十倍以上，为了使金属型浇口和冒口中的金属液缓慢冷却，常在一般的涂料中加入b2很小的石棉粉。 湿砂型的b2是干砂型的2倍左右，砂型的b2与造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。,第一章 液态金属的结构与性质,10,3、浇注条件方面的因素,浇注温度越高、充型压头越大，则液态金属的充型能力越好； 浇注系统（直浇道、横浇道、内浇道）的复杂程度，铸件的壁厚与复杂程度等也会影响液态金属的充型能力。,第一章 液态金属的结构与性质,11,图1-21 Fe-C合金流动性与成分的关系,第一章 液态金属的结构与性质,12,第一章 液态金属

6、的结构与性质,13,RDF= 4r2og(r), atoms /,r, ,（,RDF 第一峰之下的积分面积 即所谓配位数 N1,第一章 液态金属的结构与性质,14,第一章 液态金属的结构与性质,15,(,Hb /,表1-2 几种晶体物质的熔化潜热（Hm）和气化潜热(Hb),第一章 液态金属的结构与性质,16,图1- 无规密堆结构中五种多面体间隙 a. 四面体； b.八面体； c. 四方十二面体； d. 三角棱柱多面体； e. 阿基米德反棱柱多面体,第一章 液态金属的结构与性质,17,a） Liquid Ni b） Liquid Co 液体的粘度与温度的关系 （图中各曲线分别为不同研究者的研究结

7、果）,第一章 液态金属的结构与性质,18,1.3.5 斯托克斯（Stokes）公式,被卷入液态金属中杂质，密度与液态金属 不同，HOW? 上浮至表面 下沉到底部。 一般杂质密度均小于液态金属，在大多数情况下要上浮至液态金属的表面 。 液态金属中杂质的上浮或下沉速度，由?力来决定 杂质所受液体的斥力 杂质的运动阻力。,目录,第一章 液态金属的结构与性质,19,1.3.5 斯托克斯（Stokes）公式,斥力的大小和杂质与液态金属之间的密度差有关 杂质的运动阻力取决于? 液态金属的粘度 杂质表面性质 杂质的运动速度。,目录,第一章 液态金属的结构与性质,20,1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式

8、,杂质进入液态金属后，无论是上浮还是下沉，在最初非常短的时间内它以加速运动; 以后便是匀速运动，这说明杂质所受到的诸力很快处于平衡。 设杂质的体积为Q，液态金属的密度为1，杂质的密度为2，则杂质受到液态金属斥力P为：,目录,第一章 液态金属的结构与性质,21,1.3.5 斯托克斯（Stokes）公式,根据斯托克斯（stokes）试验，液态金属对半径小于0.1cm球形杂质的运动阻力Pc为： 式中 v 杂质的运动速度； r 杂质半径； 液态金属的粘度； g 重力加速度。 作用在杂质上的力处于处于平衡时：,目录,第一章 液态金属的结构与性质,22,1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式,因此，杂质

9、的匀速上浮速度为： 对于球形杂质: 此式是著名的Stokes公式。 式中，为运动粘度； r为杂质尺寸； 金为液态金属的密度；杂为杂质的密度,目录,第一章 液态金属的结构与性质,23,杂质在液体金属内部的上浮速度影响因素： 1）与杂质和金属之间的密度差（12）成正比； 2）与杂质颗粒半径成正比，颗粒越大上浮速度越快； 3）与液态金属的粘度成反比，温度越高，粘度越低，将有利于杂质上浮。 如何用？,目录,第一章 液态金属的结构与性质,24,1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式,杂质沉浮的速度非常重要，若此速度大则易于去除，使液态金属得以净化，有利于获得优质铸件，否则就难以净化。 相反的应用? 金属基复合材料的液相制备过程,目录,第一章 液态金属的结构与性质,25,习 题,液态金属得表面张力有那些影响因素？试总结它们得规律。 表面张力与界面张力有何异同点？界面张力与界面两侧质点间结合力得大小