液态金属的充型能力

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340.4-0.80.8-1.5--铸钢48-100.5-1.02.5--铝合金33-4----0.6-0.8第一章液态金属的结构与性质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15~20％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71.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。A1—Si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92、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。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。2222cb第一章液态金属的结构与性质103、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1-21Fe-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第一章液态金属的结构与性质13RDF=4πr2ρog(r),atoms/År,Å（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CrystalMatterStructureTypeTm(K)Vm/Vs(%)Sm(J.K-1.mol-1)Nabcc3702.67.03Scbcc3022.66.95Febcc/fcc18093.67.61Alfcc9316.911.6Agfcc12343.519.16Cufcc13563.969.71Mghcp9242.959.71Znhcp6924.0810.7Sncomplex5052.413.8Gacomplex303-2.918.5N2-63.17.52.7Ar-83.7814.43.36CH4-90.678.72.47第一章液态金属的结构与性质15(Hb/ElementTm(0C)Hm(kcal/mol)Tb(0C)Hb(kcal/mol)Hb/HmAl6602.50248069.627.8Au10633.06295081.826.7Cu10833.11257572.823.4Fe15363.63307081.322.4Zn4201.7390727.516.0Cd3211.5376523.815.6Mg6502.08110332.015.4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1-４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17a）LiquidNib）LiquidCo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果）第一章液态金属的结构与性质181.3.5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191.3.5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201.3.6斯托克斯（Stokes）公式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：gQgQgQP)(2121目录第一章液态金属的结构与性质211.3.5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；η—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：rvgQ6)(21rvPc6目录第一章液态金属的结构与性质221.3.6斯托克斯（Stokes）公式因此，杂质的匀速上浮速度为：对于球形杂质:此式是著名的Stokes公式。式中，μ为运动粘度；r为杂质尺寸；ρ金为液态金属的密度；ρ杂为杂质的密度rgQv6)(219)(263)(4212213grrgrv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（1－2）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9)(2212grv第一章液态金属的结构与性质241.3.6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有和关系？试述液态金属充型能力与流动性间得联系与区别，并分析合金成分及结晶潜热对充型能力得影响规律。某飞机制造厂得一牌号Al-Mg合金（成分确定）机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？第一章液态金属的结构与性质26