液态金属的充型能力

金属成型理论基础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金属成型理论基础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、流动性式样金属成型理论基础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。金属成型理论基础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。金属成型理论基础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.流动性式样金属成型理论基础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金属成型理论基础一、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：金属成型理论基础2.结晶范围很宽的合金：金属成型理论基础二、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=vτv：静压头H作用下液态金属在型腔中的平均流速。τ：液态金属进入型腔到停止流动的时间≈τ浇V=μ(2gh)1/2H：液态金属静压头μ：流量消耗系数金属成型理论基础1.设：宽结晶温度范围的合金，当液流前端阻塞区Δx的固相量达到某一临界值时，流动停止。作以下假设：①铸型与液体金属接触表面的温度；②液态金属在型腔中以等速流动；③液流横断面上各点温度是均匀的；④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。τ=τ′+τ″τ′：（τ0∽τL）：金属从初始温度t浇至tLτ″：（τL∽τ停）：液流前端的固相量n达到临界值（n=k），流动停止。金属成型理论基础第一阶段：τ′取距液流端部Δx的dx元段α（t-t型）ds·dτ=-dvρ1c1dtt：dx元段的金属温度t型：铸型的初始温度ds：元段与铸型相接触的表面积τ：时间dv：元段的体积ρ1：液态金属的密度c1：液态金属的比热容J/kg·℃α：换热系数J/℃·s·m2=W/℃·m2金属成型理论基础PFPdxFdxdsdvF:试样的断面积P:断面积F的周长）型ttdtcP(Fd11初始条件：t=t浇时，τ（在液态金属流到Δx前端时，仍为浇注温度）=Δx/v；t=tL时，τ=τ′金属成型理论基础vxt-tlnPcFcct-tlnPcFvxct-tlnPcF111111）（）（）（型型浇型vxttlnPcFttlnPcF11L11）（）（型浇型τ′=τ′=vxttttlnPcFL11型型浇金属成型理论基础第二阶段：τ″此时开始析出固相，热平衡方程式为：型t*1*1cα（t-）ds·dτ=-dvdt*1：型t∽tL内合金的密度*11*1c：内合金的当量比热容型t∽tL*1ckL1ttkLc=k:停止流动时液流前端的固相数量L：合金的结晶潜热金属成型理论基础dτ=）（型ttdtPcF*11初始条件：τ=τ′时t=Lt（析出固相量为k时的温度）t=t停时，t=ktτ停-τ′=型型型型ttttlnPcFttttlnPcFkL*11Lk*11型型ttttlnPcFkL*11τ″=vxttttlncttttlncPFL1kL*11）（型型浇型型τ=金属成型理论基础l=vτ=xttttlncttttlncPFvL1kL*11）（型型浇型型型型型型型型）（）（tttttttt1lnttttttlnttttlnkkLkkLkkLkkLln（1+x）≈x（|x|1）同理：型浇型型浇ttttttttlnLLLx型型ttttkL略去，l=型浇）（ttttckLPFvLk11金属成型理论基础的求法：有涂料层时（金属型）12x111涂涂1：铸件侧的换热系数211x11涂涂2：铸型侧的换热系数对于非金属型时，型腔形状不同时，2不同，书中介绍.2.纯金属和共晶成分合金：τ=τ′+τ″τ″为试样从表面凝固至中心的时间（第三章介绍）τ′与上相同：为浇t0t（结晶温度）的冷却时间a金属成型理论基础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金属成型理论基础一、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，而最大结晶温度范围附近出现最小值。金属成型理论基础Fe-C合金的流动性与状态图的关系金属成型理论基础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。金属成型理论基础特例，初生晶为非金属（石墨），Al-Si合金的初生晶（β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金属成型理论基础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，流动性提高。金属成型理论基础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。金属成型理论基础为提高充型能力，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”。金属成型理论基础二、铸型性质方面的因素1.铸型蓄热系数大，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。金属成型理论基础三、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。金属成型理论基础四、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