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1、第四章 液态金属的充型能力,液态金属的充型能力的概念 液态金属的停止流动机理及充型能力的计算 影响充型能力的因素及提高充型能力的措施,第一节 液态金属的充型能力的概念,一、充型能力的概念 二、流动性的概念 三、流动性和充型能力的关系 四、流动性式样,1.充型能力 液态合金充满铸型,并获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力,叫做液态合金的充型能力。它取决于金属本身的流动能力,同时又受外界条件,如铸型性质、浇注条件、铸件形状等因素的影响,是各种因素的综合反映。,2.流动性 流动性指液态金属本身的流动性能力,为金属的铸造性能之一,与成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 3.流动性和充型能力的关系 流动性
2、好则充型能力强;反之,则充型能力差。流动性是确定条件下的充型能力;合金一定,流动性一定,但可以通过改变外部条件提高充型能力。,衡量金属或合金的流动性,常用螺旋形式样浇铸后得到的长度制来衡量。,1-浇口杯;2-低坝;3-直浇道;4-螺旋试样;5-高坝;6-溢流道;7-全压井,4.流动性式样,第二节 液态金属的停止流动机理及充型能力的计算,一 液态金属的停止流动机理 二 液态金属充型能力的计算,一、液态金属的停止流动机理,1.纯金属、共晶成分合金和结晶范围很窄的合金:,2.结晶范围很宽的合金:,二、液态金属的充型能力的计算,假设某成分合金浇注一棒形试样,充型能力l=v v:静压头H作用下液态金属在
3、型腔中的平均流速。 :液态金属进入型腔到停止流动的时间 浇 V=(2gh)1/2 H:液态金属静压头 : 流量消耗系数,1.设:宽结晶温度范围的合金,当液流前端阻塞区x 的固相量达到某一临界值时,流动停止。 作以下假设: 铸型与液体金属接触表面的温度; 液态金属在型腔中以等速流动; 液流横断面上各点温度是均匀的; 热量按垂直于型壁的方向传导,液流表面无热 辐射,沿液流方向无对流。 = + :(0 L):金属从初始温度t浇至tL :(L 停 ):液流前端的固相量n达 到临界值(n=k),流动停止。,第一阶段: 取距液流端部x的dx元段 (t-t型)dsd=-dv1c1dt t:dx元段的金属温度
4、 t型: 铸型的初始温度 ds:元段与铸型相接触的表面积 :时间 dv:元段的体积 1:液态金属的密度 c1:液态金属的比热容 J/kg :换热系数 J/ s m2=W/ m2,F:试样的断面积 P:断面积F的周长,初始条件: t=t浇时,(在液态金属流到x前端时,仍为浇注温度)=x/v; t=tL时,= ,=,第二阶段: ,d=,第三节 影响充型能力的因素及 提高充型能力的措施,一、金属性质方面的因素 二、铸型性质方面的因素 三、浇注条件性质方面的因素 四、铸件结构性质方面的因素,一 、金属性质方面的因素,1. 合金成分 在流动性曲线上,对应着纯金属、共晶成分和金属间化合物的地方出现最大值,
5、而最大结晶温度范围附近出现最小值。,Fe-C合金的流动性与状态图的关系,2. 结晶潜热 对于共晶和纯金属,能够发挥作用,结晶潜热越大,释放的热量越多,凝固越慢,流动性越好。 对于宽结晶温度范围的合金,散失部分潜热(20%)后,晶粒连成网络,大部分结晶潜热不能发挥作用,所以对流动性影响不大。,特例,初生晶为非金属 (石墨),Al-Si合金的 初生晶(相)不形成 网络,导致在过共晶区 流动性比共晶区更好。,Al-Si合金流动性与成分的关系,3. 金属的比热容、密度、导热系数 比热容、密度较大的合金在相同的情况下保持液态的时间长,流动性好。 热导率小,散失热量慢,保持流动时间延长,两相区变窄,流动性
6、提高。,4. 液态金属的粘度和表面张力 1)粘度 粘度大,内摩擦力大,降低流速,减小流动性。正常浇注时,呈紊流状态,粘度影响小,在充型后期温度降低,粘度增加,转变为层流时,才有较大的影响。 2)表面张力 润湿型壁,利于充型,但易于粘砂, 不润湿,需要附加压头来克服附加压力。,为提高充型能力,在金属方面可做的: 1.正确选择合金成分 调整成分到共晶成分附近,或结晶温度范围小的合金,或 者对合金进行变质处理,细化晶粒,改变枝晶形态。 2. 合理的熔炼工艺 原材料去锈,去污,减少非金属夹杂物和气体。脱氧时, 先加锰铁,再加硅铁。 “高温出炉,低温浇注”。,二、铸型性质方面的因素,1. 铸型蓄热系数大
7、,激冷作用强,流动性减小。 2.涂层,金属型铸造中浇冒口处涂料中加入蓄热系数小的石棉粉,砂型铸造中加入烟黑材料等。 3. 铸型温度高,减小温差;提高充型能力。 4.发气量:铸型有一定的发气能力,在铸型和金属液之间形成气层,减小摩擦阻力,利于充型,但应适当,气压力过大导致浇不进,甚至飞溅等,减小发气物质含量,增加铸型透气性。,三、浇注条件性质方面的因素,1.适当的提高浇注温度: 浇注温度(决定性影响),提高利于充型,但到一程度后,吸气量增加,氧化严重,不利充型;还会出现结晶组织粗大,缩孔,缩松等缺陷。 2.充型压头高,浇注位置合适,顶注式浇注等,都提高充型能力。 3.合理地布置内浇道在铸件上的位置,选择适当的浇注系统结构。,四、铸件结构性质方面的因素,1.折算厚度 折算厚度越大,散热比较缓慢,则充型能力较高;反之,不容易被充满。 铸件壁厚相同时,在铸型中垂直壁比水平壁容易充满。 2.铸件的复杂程度 模数大,容易充满;复杂,充型困难,
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