液态成形中的流动性与充型性

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1、第二章液态成形中的流动与传热第一节液体金属的流动性与充型能力第二节凝固过程中的液体流动第三节凝固过程中的热量传输第四节铸件的凝固时间液态成形是指将液态（或熔融态、浆状）材料注入一定形状和尺寸的铸型(Mold)（或模具）型腔(MoldCavity)中，凝固后获得固态毛坯或零件的方法。如重力铸造、压力铸造、离心铸造等。在这一过程中，液体金属要进行流动，并充满型腔。在充型完成后的冷却过程中，液体金属都将与铸型进行热量的交换，并产生凝固。故液体金属在充型中的流动场，以及凝固过程中的温度场是液态成形中的两个基本问题，对铸件的质量及缺陷产生重要的影响。一、液体金属的流动性与充型能力1.液

2、态金属的充型能力充型是指液态金属充填铸型型腔的过程；液态金属的充型能力(MoldFillingCapacity)是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，否则会产生“浇不足”的缺陷。金属液的流动性——液态金属的流动性是指金属液的流动能力。流动性好的液态金属，充型能力强，易于充满薄而复杂的型腔，有利于金属液中气体、杂质的上浮并排除，有利于对铸件凝固时的收缩进行补缩；流动性不好的液态金属，充型能力弱，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，

3、合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。液态金属的充型能力取决于：内因——金属本身的流动性(流动能力)；外因——铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素。先来了解几个概念合金的凝固特性合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。1)逐层凝固纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区由表层不断向里扩展，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”，如图a。2)体积凝固当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称

4、为“体积凝固”（或称糊状凝固），如图c。3)中间凝固金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”方法，如图b。合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固；对于一定成分的合金，结晶温度范围已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。1.铸铁(1)灰口铸铁：碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。(2)球墨铸铁：通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。(3)可锻铸

5、铁：用白口铸铁经过热处理后制成的有韧性的铸铁。2.铸钢铸钢的铸造性能差。铸钢的流动性比铸铁差，熔点高，易产生浇不足、冷隔和粘砂等缺陷。铸钢的收缩性大，产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大。3.铸造有色金属常用的有铸造铝合金、铸造铜合金等。它们大都具有流动性好，收缩性大，容易吸气和氧化等特点，特别容易产生气孔、夹渣缺陷。常用铸造合金的性能特点影响充型能力的因素是通过2个途径起作用的：影响金属与铸型之间的热交换作用，从而改变金属液的流动时间；影响金属液在铸型中的水力学条件，从而改变金属液的流速。第一类因素——金属性质：金属的密度、比热容、热导率、结晶潜热、粘度、表面张力、结晶特点等

6、；第二类因素——铸型性质：铸型的蓄热系数、密度、比热容、热导率、温度、涂料层、发气性和透气性等；第三类因素——浇注条件：液态金属的浇注温度、静压头、外力场等；第四类因素——铸件结构：铸件的折算厚度及由铸件结构所规定的型腔的复杂程度引起的压头损失等。影响液态金属充型性的最主要的因素金属性质浇注条件铸型条件金属性质包括金属的种类、成分、结晶特性及其热性质等，决定了液态金属本身的流动能力及充型过程的变化特征。合金种类不同的合金，充型性差异很大。例如：灰铸铁充型能力最好，铸钢的充型性最差。合金的成分同种合金中，成分不同，结晶特征不同，充型性差异很大。纯金属和共晶成分的合金：在整个凝固

7、结晶过程中，结晶温度都是恒定不变的，属于逐层凝固方式，从表面向中心逐层凝固结晶，凝固层的表面比较光滑，对尚未凝固的金属的流动阻力小，故充型性好。当液态凝固成为固体而发生体积收缩时，可以不断地得到液体的补充，所以产生分散性缩松的倾向性很小，而是在铸件最后凝固的部位留下集中缩孔。由于集中缩孔容易消除，一般认为这类合金的补缩性良好。在板状或棒状铸件会出现中心线缩孔。这类铸件在凝固过程中，当收缩受阻而产生晶间裂纹时，也容易得到金属液的填充，使裂纹愈合。铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得