液態(tài)金屬的流動性及充型能力精品資料

1、液態(tài)金屬的流動性及充型能力液態(tài)金屬的流動性及充型能力液態(tài)金屬充填過程是鑄件形成的第一階段，鑄件的許多缺陷是 在這個過程中形成的。為了獲得優(yōu)質(zhì)健全的鑄件，必須掌握和控制 這個過程。為此，研究液態(tài)金屬充滿鑄型的能力，以便得到形狀完 整、輪廓清晰的鑄件，防止在充型階段產(chǎn)生缺陷一、 充型的概念液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰、形狀完整的優(yōu)質(zhì)鑄件的能 力，稱為液態(tài)合金的流動性又叫做充型能力。液態(tài)合金的流動性愈 好，不僅易于鑄造出輪廓清晰，薄而形狀復(fù)雜的鑄件，而且有助于 液態(tài)合金在鑄型中收縮時得到補(bǔ)充，有利于液態(tài)合金中的氣體及非 金屬夾雜物上浮與排除。若流動性不好，則易使鑄件產(chǎn)生澆不足、 冷隔、氣孔、夾渣和

2、縮松等缺陷液態(tài)金屬充填鑄型是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和流體力學(xué)問題， 涉及到金屬液的各種性質(zhì)，如密度、黏度、表面張力、氧化性、氧 化物的性質(zhì)及潤濕性等。充型能力的大小影響鑄件的成型，充型能 力較差的合金難以獲得大型、薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的健全鑄件而良好的流動性能使鑄件在凝固期間產(chǎn)生的縮孔得到液態(tài)金屬 的補(bǔ)充，鑄件在凝固末期受阻出現(xiàn)的熱裂可以得到液態(tài)金屬的充填而彌合，有利于防止缺陷產(chǎn)生液態(tài)合金流動性的好壞，通常以螺旋形流動性試樣的長度來 衡量。如圖2-3所示,將液態(tài)合金注入螺旋形試樣鑄型中，冷凝后，測出其螺旋線長度。為便于測量，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上每隔 50mm作出凸點標(biāo)記，在相同的澆注工藝條件下，測得的螺旋線長

3、度越 長，合金的流動性越好。常用合金的流動性如表2-1所示。其中， 灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差通常，流動性好的合金，充型能力強(qiáng)；流動性差的合金，充型能力差，在實際的鑄造生產(chǎn)中，可以通過改善外界條件來提高其充型能力，根據(jù)鑄件的要求及合金的充型能力采取相應(yīng)的工藝措施以獲得健全的優(yōu)質(zhì)鑄件。二、影響充型能力的因素影響充型的因素是通過兩個途徑發(fā)生作用的：一是影響金屬與鑄 型之間的熱交換條件，從而改變金屬液的流動時間；二是影響液態(tài) 金屬在鑄型中的水力學(xué)條件，從而改變金屬液的流速。影響液態(tài)金 屬充型的因素很多，可以歸納為四類：第一類因素，屬于金屬性質(zhì)方面的，主要有金屬的密度、比 熱、導(dǎo)

4、熱系數(shù)、結(jié)晶潛熱、動力黏度、表面張力及結(jié)晶特點等。不同的合金，其流動性有很大差異，對同種合金而言，化學(xué)成 分不同，其流動性也不同。當(dāng)熔化至液相線以上相同溫度時，純金 屬、共晶成分和化合物具有最大的充型能力，而位于結(jié)晶溫度間隔最大處的合金其充型能力最小。合金成分對流動性的影響，主要是成分不同時，合金的結(jié)晶 特 點不同造成的。純金屬、共晶成分和化合物是在固定溫度下凝固的，已凝固的固體層從鑄件表面逐層向中心推進(jìn)，與尚未凝固 的液 體之間界面分明，且固體層內(nèi)表面比較平滑，對液體的流動阻力小，即流動速度大。另外，這幾類合金在析出較多的固相時，才停止流動，流動的時間較長，所以它們的流動性好。具有寬結(jié)晶溫度

5、范圍的合金在型腔中流動時，由于在鑄件斷面上既存在著發(fā)達(dá)的樹枝晶，又有未凝固的液體與固相混雜的兩相區(qū)，而且越靠近液流前端枝晶數(shù)量越多，所以當(dāng)液流前端枝晶數(shù)量達(dá)到臨界值時，金屬液就停止流動；合金的結(jié)晶溫度間隔越 寬，兩 相區(qū)就越寬，枝晶也就越發(fā)達(dá)，金屬液就越早地停止流動，所以流動性差。主要是由于樹枝晶使固體層內(nèi)表面粗糙，增加了 對液態(tài)合 金流動的阻力。合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬，則液固兩相 共存的區(qū)域 愈寬，液態(tài)合金的流動阻力愈大，故流動性愈差。顯 然，合金成分愈接近 共晶成分，流動性愈 好。圖2 -4所示為Fe-C合金的流動 性與含C量的關(guān)系。由圖圖2-4可見，F(xiàn)e I 23456 cc c%) 一

6、亞共晶鑄鐵隨 含C量的增加，結(jié)晶 溫度范圍減小，流動 性提高第二類因素 屬于鑄型性質(zhì)方面的主要有鑄型的蓄熱系數(shù)、密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度、涂料層 和發(fā)氣性、透氣性等。鑄型的 阻力影響金屬液的充填速度，鑄型 與液態(tài)金屬的熱交換強(qiáng)度影響其 流動時間。因此，通過調(diào)整鑄型 的熱物理性質(zhì)來改善金屬的充型能 力往往能收到良好的效果。比 如，預(yù)熱鑄型能減少金屬液與鑄型的 溫度差，減少兩者的熱交換， 從而提高其充型能力鑄型材料的導(dǎo)熱速度愈大，液態(tài)合金的冷卻速度愈快，從而 使 其流動性變差。如液態(tài)合金在金屬型中的流動性比在砂型中差 ；鑄 件壁厚過小，形狀復(fù)雜，會增加液態(tài)合金的流動阻力，也會降 低合 金的流動性

7、。因此，設(shè)計鑄件時，鑄件的壁厚必須大于規(guī)定 的最小 允許壁厚值，并力求形狀簡單型砂含水分多或鑄型透氣性差，會使?jié)沧r產(chǎn)生大量氣體且 又 不能及時排出，造成型腔內(nèi)氣體壓力增大，使液態(tài)合金流動的 阻力 增加，從而降低合金的流動性。因此，提高鑄型的透氣性，減少型砂的水分，多設(shè)出氣口等，有利于提高液態(tài)合金的流動性當(dāng)鑄型具有一定的發(fā)氣能力時，在液態(tài)金屬和鑄型之間形成一層氣膜，減少流動的摩擦力，有利于充型。根據(jù)實驗研究，濕砂型 中加入小于6%勺水和小于7%勺煤粉時，液態(tài)金屬的充型能力提高，但水和煤粉含量過高時，充型能力則下降。水、煤粉和其他有機(jī)物含量過高時，液態(tài)金屬的冷卻速度加大，在金屬液的熱作用下，型腔

8、中的氣體膨脹，鑄型中的水分大量蒸發(fā)，煤粉及有機(jī)物燃燒產(chǎn)生大量氣體，如果不能及時排出，則會阻礙金屬液流動第三類因素，屬于澆注條件方面的，主要有液態(tài)金屬的澆注溫度、靜壓頭，澆注系統(tǒng)中壓頭的損失及外力場拯力、真空、離心、振動勘的影響等澆注溫度對液態(tài)金屬的充型能力有決定性的影響。在一定溫度范圍內(nèi)，澆注溫度提高，增加了合金的過熱熱量，合金單位體積的熱含量增加，充型能力隨澆注溫度的提高而直線上升 ；超過 一定溫 度后，由于金屬吸氣增多，氧化嚴(yán)重，充型能力則下降充型壓頭越大，液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力越大，液 態(tài) 金屬流動速度越大，充型能力越好。生產(chǎn)中常用增加液態(tài)金屬 靜壓 頭的方法提高充型能力，但是，

9、液態(tài)金屬充型速度過高時， 會發(fā)生 噴射和飛濺現(xiàn)象，增加金屬液的氧化，產(chǎn)生“鐵豆”缺陷， 而且型 腔中氣體來不及排出，反壓增加，造成澆不足或冷隔缺陷澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力越大，靜壓頭相同時，充型 能 力越差。在鋁合金、鎂合金鑄造中，為使金屬液流動平穩(wěn)，常 采用 蛇形及扁平狀直澆道，流動阻力越大，充型能力顯著下降中減少薄壁鑄件的澆不足、冷隔等缺陷的重要措施。但澆注溫 度過高，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、黏砂、氣孔、粗晶等缺陷，在保證鑄件薄壁部分能充滿的前提下，澆注溫度不宜過高。各種合金的澆注溫度范圍是：鑄鐵為1230-.14500C;鑄鋼為1520-16200C;鋁合金為680-780gC。薄壁復(fù)

10、雜件取上限，厚大件取下限第四類因素，屬于鑄件結(jié)構(gòu)方面的，主要有鑄件的折算厚度，及由鑄件結(jié)構(gòu)所規(guī)定的型腔的復(fù)雜程度引起的壓頭損失在鑄件體積相同、澆注條件一致時，折算厚度大的鑄件，由于其 與鑄型接觸的表面積小，散熱慢，則充型能力好。鑄件壁越薄，折算厚度越小，則不易被充滿。鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，薄壁部分過渡面多，型腔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加，流動阻力大，充型能力也會下降三、常用提高充型能力的措施 針對影響充型能力的因素提出改善充型能力的措施，仍然可 以從上述四類因素入手合金設(shè)計方面，在不影響鑄件使用性能的情況下，可根 據(jù)鑄件大小、厚薄和鑄型性質(zhì)等因素，將合金成分調(diào)整到共晶成分附近;采取某些工藝措施，使合金晶粒細(xì)化，也有利于提高充 型能力由于夾雜物影響充型能力，故在熔煉時應(yīng)使原材料清潔，并 采取措施減少液態(tài)金屬中的氣體和非金屬夾雜物鑄型方面，對金屬鑄型、熔模型殼等提高鑄型溫度，利 用涂 料增加鑄型的熱阻，提高鑄型的排氣能力，減小鑄型在金屬 填充期 間的發(fā)氣速度，均有利于提高充型能力澆注條件方面，適當(dāng)提高澆注溫度，提高充型壓頭，簡 化澆 注系統(tǒng)均有利于提高充型能力鑄件結(jié)構(gòu)方面能提供的措施則有限應(yīng)該指出的是：在采取上述措施時，往往會帶來其他問題， 這 時要抓