液态金属的充型能力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第三级,*,第一章 液态金属的结构与性质,*,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,1,第一章 液态金属的结构与性质,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。,2,第一章 液态金属的结构与性质,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,14,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,-,-,0.6-0.8,3,第一章 液态金属的结构与性质,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,4,第一章 液态金属的结构与性质,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,1520,的固相量时，流动就停止。,充型能力强,5,第一章 液态金属的结构与性质,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,6,第一章 液态金属的结构与性质,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；,结晶潜热（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,7,第一章 液态金属的结构与性质,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。,A1Si,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。,8,第一章 液态金属的结构与性质,2,、铸型性质方面的因素：,铸型的蓄热系数,b,2,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,b,2,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,b,2,是干砂型的,2,倍左右，砂型的,b,2,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。,9,第一章 液态金属的结构与性质,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。,10,第一章 液态金属的结构与性质,图,1-21 Fe-C,合金流动性与成分的关系,11,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,RDF=4r,2,o,g(r),atoms/,r,（,RDF,第一峰之下的积分面积,即所谓配位数,N,1,13,第一章 液态金属的结构与性质,Crystal,Matter,Structure,Type,T,mK),V,m,/V,s,(%),S,m,(J.K,-1,.mol,-1,),Na,bcc,370,2.6,7.03,Sc,bcc,302,2.6,6.95,Fe,bcc/,fcc,1809,3.6,7.61,Al,fcc,931,6.9,11.6,Ag,fcc,1234,3.51,9.16,Cu,fcc,1356,3.96,9.71,Mg,hcp,924,2.95,9.71,Zn,hcp,692,4.08,10.7,Sn,complex,505,2.4,13.8,Ga,complex,303,-2.9,18.5,N,2,-,63.1,7.5,2.7,Ar,-,83.78,14.4,3.36CH,4,-,90.67,8.7,2.47,14,第一章 液态金属的结构与性质,(,H,b,/,Element,T,m,(,0,C),H,m,(kcal/mol),T,b,(,0,C),H,b,(kcal/mol),H,b,/,H,m,Al,660,2.50,2480,69.6,27.8,Au,1063,3.06,2950,81.8,26.7,Cu,1083,3.11,2575,72.8,23.4,Fe,1536,3.63,3070,81.3,22.4,Zn,420,1.73,907,27.5,16.0,Cd,321,1.53,765,23.8,15.6,Mg,650,2.08,1103,32.0,15.4,表,1-2,几种晶体,物质的熔化潜热（,H,m,）和气化潜热,(,H,b,),15,第一章 液态金属的结构与性质,图,1-,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,16,第一章 液态金属的结构与性质,a,）,Liquid Ni,b,）,Liquid Co,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）,17,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.5,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,18,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.5,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,19,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.6,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：,目录,20,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.5,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；,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：,目录,21,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.6,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。,式中为运动粘度；,r,为杂质尺寸；,金,为液态金属的密度；,杂,为杂质的密度,目录,22,第一章 液态金属的结构与性质,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,23,第一章 液态金属的结构与性质,1.3.6,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,24,第一章 液态金属的结构与性质,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？,25,第一章 液态金属的结构与性质,本章,结束,26,第一章 液态金属的结构与性质,