材料成形基本原理第2章-液态金属的充型能力课件.ppt

1、第第2章章 液态金属的充型能力液态金属的充型能力2.1 液态金属充型能力的基本概念液态金属充型能力的基本概念 2.2 液态金属停止流动机理与充型能力液态金属停止流动机理与充型能力 2.3 影响充型能力的因素影响充型能力的因素 液态金属充型能力概念液态金属充型能力概念 液态金属充型能力：液态金属充型能力：在充型过程中，液态金属在充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力。也可简称为清晰的铸件的能力。也可简称为充型能力充型能力。充型能力充型能力是设计浇注系统的重要依据之一。是设计浇注系统的重要依据之一。充型能力充型能力弱

2、，则可能产生浇不足、冷隔、砂眼、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。铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。液态金属的充型能力取决于：液态金属的充型能力取决于：内因内因 金属本身的流动性金属本身的流动性外因外因 铸型性质、浇注条件、铸件结构等铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，因素的影响，是各种因素的综合反映。是各种因素的综合反映。表表2-1 不同金属和不同铸造方法的铸件最小壁厚不同金属和不同铸造方法的铸件最小壁厚金属种类金属种类铸铸 件件 最最 小小 壁壁 厚厚 （mmmm）砂砂 型型金金 属属 型型熔模铸造熔模铸造壳壳 型型压压 铸铸灰灰 铸铸

3、铁铁3 34 40.4-0.80.4-0.80.8-1.50.8-1.5-铸铸 钢钢4 48-108-100.5-1.00.5-1.02.52.5-铝铝 合合 金金3 33-43-4-0.6-0.80.6-0.8金属液流动性流动性概念与充型过程有关的另一概念称为与充型过程有关的另一概念称为流动性流动性充型过程充型过程金属金属液本身的流动能力液本身的流动能力。流动性好的铸造合金充型能力强，反之亦然；流动性好的铸造合金充型能力强，反之亦然；金属的流动性好，气体和杂质易于上浮，使金属净化，金属的流动性好，气体和杂质易于上浮，使金属净化，有利于得到没有气孔和夹杂的铸件；有利于得到没有气孔和夹杂的铸件；

4、金属的流动性好，有利于铸件在凝固期间可能产生的缩金属的流动性好，有利于铸件在凝固期间可能产生的缩孔得到金属液的补缩；孔得到金属液的补缩；金属的流动性好，凝固末期收缩受阻而出现的热裂得到液金属的流动性好，凝固末期收缩受阻而出现的热裂得到液态金属的弥合态金属的弥合 流动性是决定充型能力的流动性是决定充型能力的内在因素内在因素，而充型能力还取决，而充型能力还取决于其它外界因素，充型能力是内因和外因的共同结果。于其它外界因素，充型能力是内因和外因的共同结果。通常，在通常，在相同的外界条件下相同的外界条件下浇注各种合金的流动性试样，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

5、金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。因此可以认为：流动性表示合金的充型能力。因此可以认为：合金液流合金液流动性是确定条件下的充型能力动性是确定条件下的充型能力。对于同一种合金，也可以用流动性试样研究各铸造工艺对于同一种合金，也可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。因素对其充型能力的影响。与与的的关系关系：合金的螺旋形流动性实验合金的螺旋形流动性实验在相同的条件下浇注各在相同的条件下浇注各种合金的流动性试样，种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合得的合金流动性

6、表示合金的充型能力。金的充型能力。纯金属、共晶成分合金及结晶温度纯金属、共晶成分合金及结晶温度 宽结晶温度合金停止宽结晶温度合金停止 很窄的合金停止流动机理示意图很窄的合金停止流动机理示意图 流动机理示意图流动机理示意图前端析出前端析出1520的固相量的固相量时，流动就停止。时，流动就停止。充型能力强充型能力强液态金属停止流动机理与充型能力液态金属停止流动机理与充型能力影响充型能力的因素影响充型能力的因素1.1.金属性质方面的因素金属性质方面的因素（流动性的高低）（流动性的高低）2.2.铸型性质方面的因素铸型性质方面的因素3.3.浇注条件方面的因素浇注条件方面的因素4.4.铸件结构因素铸件结构

7、因素 1.金属性质方面的因素金属性质方面的因素结晶温度范围的影响结晶温度范围的影响 结晶潜热、比热、密度的影响结晶潜热、比热、密度的影响 金属其它因素的作用金属其它因素的作用1.金属性质方面的因素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；具有宽结晶温度范

8、围的合金：流动性不好；例：例：Fe-CFe-C合金流动性与成分的关系合金流动性与成分的关系成分成分 结晶温度范围的影响结晶温度范围的影响结晶潜热结晶潜热（约为液态金属热量的（约为液态金属热量的8590%）：）：对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，放对于纯金属、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，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；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较小：对于宽结晶温度范围的合金潜热对流动性影响较小：因固相比较少时液流前端就形成骨架而停止流动因固相比较少时液流前端就形成骨架而停

9、止流动其它举例：其它举例：Al-Si、Al-Mg、铸铁等、铸铁等合金液的合金液的比热比热、密度密度越大，越大，导热系数导热系数越小越小,充型充型能力越好；能力越好；Al-Si合金合金，最好流动性并不在，最好流动性并不在共晶成分共晶成分Si12.6%处，而是处，而是在含在含Si量为量为1620%左右。左右。这是因为这是因为Si晶体结晶潜热为晶体结晶潜热为180.7104J/kg，为，为-Al(38.9104J/kg)的的4倍以上，倍以上，而且，过共晶成分而且，过共晶成分Al-Si合金合金的初生块状的初生块状Si强度较低，不强度较低，不容易形成坚固的枝晶网络，容易形成坚固的枝晶网络，结晶潜热的作用

10、得以发挥。结晶潜热的作用得以发挥。金属液粘度的影响（充型后期）金属液粘度的影响（充型后期）（液态金属的粘度与成分、温度、固相微粒的含量液态金属的粘度与成分、温度、固相微粒的含量等相关等相关)金属液表面张力的影响金属液表面张力的影响 （降低金属表面张力可提高金属液的流动性降低金属表面张力可提高金属液的流动性：铸型通：铸型通常与金属液的常与金属液的润湿角大于润湿角大于90o，型腔内薄壁和棱角处合，型腔内薄壁和棱角处合金液形成凸面，表面张力的附加力指向液体内部，阻碍金液形成凸面，表面张力的附加力指向液体内部，阻碍金属液对型腔细薄、棱角部位的填充金属液对型腔细薄、棱角部位的填充)变质及孕育处理的影响变

11、质及孕育处理的影响 （Na及及Sr变质处理都在不同程度上降低亚共晶和共变质处理都在不同程度上降低亚共晶和共晶晶Al-Si合金液流动性；合金液流动性；P对过共晶对过共晶Al-Si 类似）工艺条件对工艺条件对半固态半固态金属浆料流动性的影响金属浆料流动性的影响 （较宽结晶温度范围的合金，在较宽结晶温度范围的合金，在半固态半固态温度以温度以机械机械搅拌搅拌或或电磁搅拌电磁搅拌，可大大改进合金的，可大大改进合金的表观粘度表观粘度）金属其它因素的作用金属其它因素的作用 2、铸型性质方面的因素、铸型性质方面的因素铸型的蓄热系数铸型的蓄热系数 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大

12、，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。越短，充型能力下降。金属型（铜、铸铁、铸钢等）的蓄热系数金属型（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涂料中加入b2很小的石棉粉。很小的石棉粉。湿砂型的湿砂型的b2是干砂型的是干砂型的2倍左右，砂型的倍左右，砂型的b2与造型材料的性质、型与造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。2222cb表表2-3 几种铸型材料的蓄热系数几种铸型材料的蓄热系数3、浇注条件方面的因素、浇注条件方面的因素 浇注温度浇注温度越高、越高、充型压充型压头头越大，则液态金属的充越大，则液态金属的充型能力越好；型能力越好；浇注系统浇注系统（直浇道、横（直浇道、横浇道、内浇道）的复杂程浇道、内浇道）的复杂程度，铸件的壁厚与复杂程度，铸件的壁厚与复杂程度等也会影响液态金属的度等也会影响液态金属的充型能力。充型能力。图图1-21 Fe-C1-21 Fe-C合金流动性与成分的关系合金流动性与成分的关系