材料成形工艺学第二章 金属液态成形工艺原理.ppt

1、金属液态成形过程,铸件性能：,合金性能 铸型性能 工艺控制,凝固方式：,重力场凝固 非重力场凝固 压力铸造 离心铸造 挤压铸造 电磁场 快速凝固,金属液态成形过程,铸型种类：,砂型 金属型 陶瓷型 石膏型 壳型,三、金属液态成形工艺的新技术,快速成形技术 精确成形技术 半固态铸造、喷铸技术、复合材料铸造及复合铸造 液态成形工装模具CAD/CAM一体化 液态成形过程宏观模拟及工艺优化 铸件组织微观模拟及性能寿命预测 铸件电子商务 绿色铸造,围棋人机大战统计,第二章 金属液态成形工艺原理,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,液体金属充满铸型型腔的过程称为 充型过程。,2.1 液态金属充型过程的水

2、力学特点,液体金属充满铸型型腔的过程称为 充型过程。,液体金属充满铸型型腔的过程称为 充型过程。,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,液体金属充满铸型型腔的过程称为 充型过程。,在充型异常的条件下会产生液态金属成形过程的一些缺陷： 浇不足、冷隔、砂眼、抬箱、侵入性气孔、夹砂结疤,充型过程存在： 热作用 机械冲击冲刷 物理化学反应,研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,研究方法：,研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。,物理模拟 计算机数值模拟 工业试验经验总结,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,液态金属中存在夹杂物（固相）和气体（气

3、相）,1、多相黏性流动,夹杂物（非金属化合物）： （尺寸 50m ） 氧化物 Al2O3, SiO2, MnO, FeO, TiO2 , MgO 等 氮化物 AlN, ZrN, TiN 等 硫化物 Ni3S2, CeS, Cu2S 等 气体： （总量 4X10-4 %） CO, CO2, H2, N2, O2 等,例如连铸的钢水中：,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,金属由固态转变成液态，金属键被部分破坏，原子之间仍然保持一定的结合力，因此液态金属在流动过程中有内摩擦阻力，呈现粘性流动的水利学特点。,影响因素： 温度 合金成分 金属液纯净度,1、多相黏性流动,2.1 液态金属充型过程的水力

4、学特点,充型过程中液态金属的流速、流态在不断变化。,2、非稳定流动,流路截面变化 流路方向变化 流路温度变化,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,2、非稳定流动,流路截面变化 流路方向变化 流路温度变化,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,2、非稳定流动,流路截面变化 流路方向变化 流路温度变化,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,3、紊流流动,液体的流动可分为层流和紊流两种状态，并可用雷诺数Re来判断。,（流速管路直径 / 流体运动粘度）,Re临 = 2300,大于Re临为紊流,小于Re临为层流,例如，某钢种在连铸工艺过程中结晶器的管道直径为0.15m，如果结晶器有电磁搅拌的条件下钢水

5、的平均旋转周向速度为0.12m/s，浇注温度为1535，运动粘度为0.40710-6m2/s，计算出：,对于某些合金，在浇注温度下（高于液相线温度50100）有：,在浇注系统中，即使 D 很小（如取 0.4 cm），在保证充型的最低流速下，其雷诺数也大于Re临。所以：,金属液在浇注系统中的流动为 紊流流动。,又由于浇注系统流路回转，使紊流程度加重。,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,4、在“多孔管”中流动,浇注系统及铸型的型腔都具有一定的透气性,2.1 液态金属充型过程的水力学特点,综上所述 液态金属在充型过程中的水力学特点与理想液体相比有明显的区别。 但是，液态金属在充型时间较短的过程中

6、，一些水力学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,一、浇注系统的结构,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,一、浇注系统的结构,浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,一、浇注系统的结构,浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,一、浇注系统的结构,浇注系统的构成（基本组元）：,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,连续铸钢浇注系统的构成：,一、浇注系统的结构,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,连续铸钢浇注系统的构成：,钢水包 长水口 中间包 浸入式

7、水口 结晶器,一、浇注系统的结构,一、浇注系统的结构,根据浇注系统基本组元截面积比例关系分为：,开放式浇注系统 F直 F横 F内 半封闭式浇注系统 F直 F内 （F直 F内） 封闭开放式浇注系统 F直 F横 F内,设F直、F横、F内分别为直、横、内浇道截面积之和。,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,二、计算模型,液态金属充型过程计算模型：,H0金属充型压头 P 上型腔高度 C 型腔高度 （铸件高度）,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,二、计算模型,为了保证金属液顺利充满型腔： 直浇道要有一定高度（提供充型压头）； 浇道要有合适的截面积。,2.2 液态金属充型过程的水力学计算,三、计算结

8、果,计算条件：,浇注系统为充满流动,封闭式浇注系统； 对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。,浇口杯液面保持不变,型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔,1. 充填下半型,设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。,以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：,（2 - 1）,1. 充填下半型,设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。,以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：,式中： P杯 浇口杯液面压力 P腔 型腔内的液面压力 v杯 浇口杯液面金属流动速度 v内 内浇口出口金属流动速度 hi 浇注系统中某段的流体压头损失 重度（=g）,2. 充填上半型,设充填上半型时需要金属液m2，充填时间为t2。,以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：,式中,这就是奥赞（Osann）公式，它是浇注系统计算的基本公式。,3. 充填整个铸型,设充填时需要金属液m，充填时间为t，则,本次课结束,谢谢大家,答 题 1. 简单说明金属液