液態(tài)金屬的充型能力

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第三級,*,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),*,第四節(jié) 液態(tài)金屬的充型能力,一、液態(tài)金屬充型能力的基本概念,二、影響充型能力的因素,1,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),液態(tài)金屬充型能力,液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，即液態(tài)金屬充填鑄型的能力，是設(shè)計澆注系統(tǒng)的重要依據(jù)之一；,充型能力弱，則可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼、鐵豆、抬箱，以及卷入性氣孔、夾砂等缺陷。,2,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),液態(tài)金屬的充型能力取決于：,內(nèi)因,金屬本身的流動性,外因,鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，,是各種因素的綜合反映。,表,1

2、-4,不同金屬和不同鑄造方法的鑄件最小壁厚,金屬種類,鑄 件 最 小 壁 厚（,mm,）,砂 型,金 屬 型,熔模鑄造,殼 型,壓 鑄,灰 鑄 鐵,3,4,0.4-0.8,0.8-1.5,-,鑄 鋼,4,8-10,0.5-1.0,2.5,-,鋁 合 金,3,3-4,-,-,0.6-0.8,3,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),合金的螺旋形流動性實驗,在相同的條件下澆注各種合金的流動性試樣，以試樣的長度表示該合金的流動性，并以所測得的合金流動性表示合金的充型能力。,1.,澆口杯,2.,低壩,3.,直澆道,4.,螺旋,5.,高壩,6.,溢流道,7.,全壓井,4,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),液態(tài)金屬停

3、止流動機理與充型能力,圖,1-25,純金屬、共晶成分合金及結(jié)晶溫度 圖,1-26,寬結(jié)晶溫度合金停止,很窄的合金停止流動機理示意圖 流動機理示意圖,前端析出,1520,的固相量時，流動就停止。,充型能力強,5,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),影響充型能力的因素,1.,金屬性質(zhì)方面的因素,（流動性的高低）,2.,鑄型性質(zhì)方面的因素,3.,澆注條件方面的因素,6,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.,金屬性質(zhì)方面的因素,純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金：在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向內(nèi)部推進，固相層內(nèi)表面比較光滑，對液體的流動阻力小，合金液流動時間長，所以流動性好，具有寬結(jié)晶溫度范

4、圍的合金流動性不好；,結(jié)晶潛熱（約為液態(tài)金屬熱量的,8590%,）：對于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，放出的潛熱越多，凝固過程進行的越慢，流動性越好，因此潛熱的影響較大，對于寬結(jié)晶溫度范圍的合金潛熱對流動性影響不大。,合金液的比熱、密度越大，導熱系數(shù)越小,充型能力越好；,合金液的粘度，在充型過程前期（屬紊流）對流動性的影響較小，而在充型過程后期凝固中（屬層流）對流動性影響較大。,例：,Fe-C,合金流動性與成分的關(guān)系,7,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),對于結(jié)晶溫度范圍較寬的合金，散失約,20,潛熱后，晶粒就連成網(wǎng)絡(luò)而阻塞流動，大部分結(jié)晶潛熱的作用不能發(fā)揮,所以對流動性的影響不大。,A1

5、,Si,合金的流動性,在共晶成分處并非最大值,而在過共晶區(qū)里繼續(xù)增加,是因為初生硅相塊狀晶體,有較小的機械強度，不形成堅強的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)晶潛熱得以發(fā)揮。硅相的結(jié)晶潛熱比,a,相大三倍。,8,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),2,、鑄型性質(zhì)方面的因素：,鑄型的蓄熱系數(shù),b,2,越大，鑄型的激冷能力就越強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就越短，充型能力下降。,金屬型（銅、鑄鐵、鑄鋼等）的蓄熱系數(shù),b,2,是砂型的十倍或數(shù)十倍以上，為了使金屬型澆口和冒口中的金屬液緩慢冷卻，常在一般的涂料中加入,b2,很小的石棉粉。,濕砂型的,b,2,是干砂型的,2,倍左右，砂型的,b,2,與造型材料的性質(zhì)、型砂成分的配比、砂型

6、的緊實度等因素有關(guān)。,9,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),3,、澆注條件方面的因素,澆注溫度越高、充型壓頭越大，則液態(tài)金屬的充型能力越好；,澆注系統(tǒng)（直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道）的復(fù)雜程度，鑄件的壁厚與復(fù)雜程度等也會影響液態(tài)金屬的充型能力。,10,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),圖,1-21 Fe-C,合金流動性與成分的關(guān)系,11,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),12,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),RDF=4r,2,o,g(r),atoms/,r,（,RDF,第一峰之下的積分面積,即所謂配位數(shù),N,1,13,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),Crystal,Matter,Structure,Type,T,m

7、,(K),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,-,83.78,14.4,3.36

8、,CH,4,-,90.67,8.7,2.47,14,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),(,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,650,2.08,1103,3

9、2.0,15.4,表,1-2,幾種晶體,物質(zhì)的熔化潛熱（,H,m,）和氣化潛熱,(,H,b,),15,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),圖,1-,無規(guī)密堆結(jié)構(gòu)中五種多面體間隙,a.,四面體；,b.,八面體；,c.,四方十二面體；,d.,三角棱柱多面體；,e.,阿基米德反棱柱多面體,16,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),a,）,Liquid Ni,b,）,Liquid Co,液體的粘度與溫度的關(guān)系,（圖中各曲線分別為不同研究者的研究結(jié)果）,17,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.5,斯托克斯（,Stokes,）,公式,被卷入液態(tài)金屬中雜質(zhì)，密度與液態(tài)金屬 不同，,HOW?,上浮至表面,下沉到底部。

10、,一般雜質(zhì)密度均小于液態(tài)金屬，在大多數(shù)情況下要上浮至液態(tài)金屬的表面。,液態(tài)金屬中雜質(zhì)的上浮或下沉,速度,，由,?,力,來決定,雜質(zhì)所受液體的斥力,雜質(zhì)的運動阻力。,目錄,18,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.5,斯托克斯（,Stokes,）,公式,斥力,的大小和雜質(zhì)與液態(tài)金屬之間的,密度差,有關(guān),雜質(zhì)的運動,阻力,取決于,?,液態(tài)金屬的粘度,雜質(zhì)表面性質(zhì),雜質(zhì)的運動速度,。,目錄,19,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.6,斯托克斯（,Stokes,）,公式,雜質(zhì)進入液態(tài)金屬后，無論是上浮還是下沉，在最初非常短的時間內(nèi)它以加速運動,;,以后便是勻速運動，這說明雜質(zhì)所受到的諸力很快處于

11、平衡。,設(shè)雜質(zhì)的體積為,Q,，,液態(tài)金屬的密度為,1,，雜質(zhì)的密度為,2,，則雜質(zhì)受到液態(tài)金屬斥力,P,為：,目錄,20,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.5,斯托克,斯（,Stokes,）,公式,根據(jù)斯托克斯（,stokes,）,試驗，液態(tài)金屬對半徑小于,0.1cm,球形雜質(zhì)的運動阻力,Pc,為：,式中,v,雜質(zhì)的運動速度；,r,雜質(zhì)半徑；,液態(tài)金屬的粘度；,g,重力加速度。,作用在雜質(zhì)上的力處于處于平衡時：,目錄,21,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.6,斯托克,斯（,Stokes,）,公式,因此，雜質(zhì)的勻速上浮速度為：,對于球形雜質(zhì),:,此式是著名的,Stokes,公式。,式中

12、，,為運動粘度；,r,為雜質(zhì)尺寸；,金,為液態(tài)金屬的密度；,雜,為雜質(zhì)的密度,目錄,22,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),雜質(zhì)在液體金屬內(nèi)部的上浮速度影響因素：,1,）與雜質(zhì)和金屬之間的,密度差,（,1,2,）成正比；,2,）與雜質(zhì),顆粒半徑,成正比，顆粒越大上浮速度越快；,3,）與液態(tài)金屬的,粘度,成反比，溫度越高，粘度越低，將有利于雜質(zhì)上浮。,如何用？,目錄,23,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.3.6,斯托克斯（,Stokes,）,公式,雜質(zhì)沉浮的速度非常重要，若此速度大則易于去除，使液態(tài)金屬得以,凈化,，有利于獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，否則就難以凈化。,相反的應(yīng)用,?,金屬基復(fù)合材料的液相制備過程,目錄,24,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),習 題,液態(tài)金屬得表面張力有那些影響因素？試總結(jié)它們得規(guī)律。,表面張力與界面張力有何異同點？界面張力與界面兩側(cè)質(zhì)點間結(jié)合力得大小有和關(guān)系？,試述液態(tài)金屬充型能力與流動性間得聯(lián)系與區(qū)別，并分析合金成分及結(jié)晶潛熱對充型能力得影響規(guī)律。,某飛機制造廠得一牌號,Al-Mg,合金（成分確定）機翼因鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷而報廢，如果你是該廠工程師，請問可采取哪些工藝措施來提高成品率？,25,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),本章,結(jié)束,26,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),