材料成形基本原理第2章 液态金属的充型能力

《材料成形基本原理》(3Ed-2016)普通高等教育“十二五”国家级规划教材 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 编制:上篇祖方遒李萌盛下篇陈文琳合肥工业大学国家级精品课程国家级精品资源共享课合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程第2章液态金属的充型能力2.1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2.3影响充型能力的因素合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程液态金属充型能力概念 液态金属充型能力：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、轮廓清晰的铸件的能力。也可简称为充型能力。 充型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。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程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2-1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 3 >4 0.4-0.8 0.8-1.5 -- 铸钢 4 8-10 0.5-1.0 2.5 -- 铝合金 3 3-4 -- -- 0.6-0.8合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程金属液流动性概念 与充型过程有关的另一概念称为流动性——充型过程金属液本身的流动能力。 流动性好的铸造合金充型能力强，反之亦然； 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； 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； 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合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程 流动性是决定充型能力的内在因素，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。 通常，在相同的外界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。因此可以认为：合金液流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因素对其充型能力的影响。流动性与充型能力的关系：合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程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。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程纯金属、共晶成分合金及结晶温度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。充型能力强液态金属停止流动机理与充型能力合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程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 浇注条件方面的因素 铸件结构因素合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程1.金属性质方面的因素结晶温度范围的影响结晶潜热、比热、密度的影响金属其它因素的作用合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程1.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；例：Fe-C合金流动性与成分的关系成分结晶温度范围的影响合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程结晶潜热（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较小：因固相比较少时液流前端就形成骨架而停止流动 其它举例：Al-Si、Al-Mg、铸铁等合金液的比热、密度越大，导热系数越小,充型能力越好；合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程Al-Si合金，最好流动性并不在共晶成分Si12.6%处，而是在含Si量为16~20%左右。这是因为Si晶体结晶潜热为180.7×104J/kg，为α-Al(38.9×104J/kg)的4倍以上，而且，过共晶成分Al-Si合金的初生块状Si强度较低，不容易形成坚固的枝晶网络，结晶潜热的作用得以发挥。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程金属液粘度的影响（充型后期）（液态金属的粘度与成分、温度、固相微粒的含量等相关)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：铸型通常与金属液的润湿角大于90o，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，阻碍金属液对型腔细薄、棱角部位的填充)变质及孕育处理的影响（Na及Sr变质处理都在不同程度上降低亚共晶和共晶Al-Si合金液流动性；P对过共晶Al-Si类似）工艺条件对半固态金属浆料流动性的影响（较宽结晶温度范围的合金，在半固态温度以机械搅拌或电磁搅拌，可大大改进合金的表观粘度）金属其它因素的作用合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程2、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。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程表2-3几种铸型材料的蓄热系数合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程3、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。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程图1-21Fe-C合金流动性与成分的关系合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十二五”国家级规划教材《材料成形基本原理》（第3版）国家级精品课程