铸件凝固动态曲线测定

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1、实验一铸件凝固动态曲线测定1.实验目的合金液相线到固相线之间的温度间隔谓之结晶间隔，凝固过程中逐渐液相线等温面和固相线等温面之间的区域谓之凝固区域，反映凝固区域由表及里推移的最直观方法是凝固动态曲线，凝固区域是液固并存区。它的宽、窄、结构，向铸件中推进的速度以及最终推进到铸件中心的时间，对铸件的质量，如缩孔、缩松热裂，偏析等的形成都有影响。因此它是研究铸件凝固问题重要领域之一。本实验的目的在于学会测定铸件凝固动态曲线，对凝固区域结构建立起直观认识，验证铸件凝固的平方根定律。2.实验原理如下图所示，由一维铸件表面至中心安放六根

2、热电偶测得相应的六条冷却曲线，如图（a）所示，再以时间为横坐标轴，以铸件表面至中心的六根热电偶的安装位置，即以铸件表面至中心之距离为纵坐标轴，如图（a）每根冷却曲线与液相线和固相线的交点分别向下引出垂线，与各热电偶的位置线相交，得到的相应交点，把交点连接起来就构成了凝固动态曲线，所得之图即为凝固动态图如图（c）所示。图（c）左边曲线同液相线相对应（如有过冷，则与一个略低的等温线相对应）。它表示不同时间铸件断面中凝固开始的部位，故谓之“凝固始液”。它实质上表示了铸件断面中液相线等温面从铸件表面向中心推进，在不同时间所处之部位，

3、该曲线之斜率就表示液相线等温面向中心推进至速度。图（c）右边曲线同固相线相对应，它表示不同时间铸件断面中凝固结束的部位，故谓之“凝固终夜”。它实质上表示了铸件断面中固相线等温面在不同时间时所处之部位，它的斜率就表示了固相线等温面向铸件中心推进的速度。 在凝固动态图（c）上可以看出具有结晶间隔的合金在每个时间，从铸件表面至中心参在固相区（铸件表面至凝固终液），凝固区（凝固终波至凝固始波之垂直距离）和液相区三个区域。在图上可以看出铸件凝固过程即是凝固区域不断推向铸件中心液相区随之不断缩小以至于消失之过程。凝固终波到达铸件中心就表

4、示铸件凝固过程已经结束。所以动态曲线测定原理实际上就是把具有温度-时间坐标的多根冷却曲线转变成具有距离-时间坐标的凝固动态曲线图。无论多么复杂的合金，只要能在冷却线上找出合金在凝固过程中析出新相和析出终了的拐点，就能在凝固动态图上画出析出新相的始波和新相析出终了之终波。将某液态金属在同一浇注温度下同时注入几个同样的铸型，经过不同时间间隔，分别使铸型中尚未凝固的残余液体流失，获得固态金属硬壳。这种铸件凝固的研究方法谓之残余液体流失法或倾出法。所得到的硬壳内表面叫倾出边界，所得到的硬壳厚度即为倾出边界向铸件中心推进之距离。此距离

5、应符合平方根定律。在凝固动态图上不同时间内所得到的硬壳厚度的点并且再连接成线，就可以得到倾出边界动态曲线。在凝固动态图上，倾出边界愈靠近凝固始波则说明愈易达成牢固的晶粒骨架，这种情况表示铸件凝固时，晶粒骨架中可能存在较多的、被晶架分隔成许多个孤立小熔池的残余金属波，并且亦表示铸件在凝固时期可能较早地产生线收缩。因此具有这种特点的合金就容易产生晶间缩松和热裂。3.实验内容测定纯铝（Al）和ZL102（铝铜合金4.0~5.0%重量比），一维铸件的凝固动态曲线。纯铝：熔点600℃，比重：2.7g/㎝3。ZL102：液相线温度649

6、℃，固相线温度540℃。4.实验用设备，仪器及材料SG—5—12电阻坩埚炉二台，热电偶和XWC—100温度自动记录仪，砂箱、木模、造型工具、闹钟、秒表、外卡钳。纯铝纯铜，20％NaOH水溶液，20％HNO3水溶液。5.实验步骤⑴用木模、砂箱造型6至10个。⑵将6只热电偶保护套管紧固在专用夹具上。⑶将专用夹具按一定位置放在两个铸型上，套管中插入热电偶，按一定次序将热电偶接在XWC—300温度自动记录仪上，待浇。⑷将纯铝和ZL102分别在坩埚炉中熔化、过热至760℃左右进行脱气处理，于750±5℃尽快浇入铸型。每种合金各浇一个有

7、热电偶铸型和2至4个不带热电偶的铸型。同时按动秒表记录时间，打开XWC—300自动记录。⑸对未有热电偶的铸型，用棒接触金属溶液，当已凝固成一定厚度的金属壳时就可以拔下耐火塞，让残余金属流失，记下从开始浇注到流失的凝固时间t1。第二个和第三个铸型可稍长于t1，按相同的操作让金属液流失。⑹当有热电偶铸型温度降到500℃时，测定结束，从温度记录仪上取下记录纸，按实验原理，绘出凝固动态曲线。⑺从流失铝液后所得到的各金属壳高度中部（1/2H处）取三点，用外卡钳及钢尺测量金属壳厚度，取其平均值作为金属壳厚度即在相应时间内倾出边界向中心推

8、进之距离，把此距离填在下表。合金种类浇注温度℃铸型温度℃从浇注到拔塞时间（秒）金属壳厚度（毫米）金属表面情况第1点第2点第3点平均值 ⑻观察流液后所得到的金属表面情况，分析倾出边界表面的特点。 ⑼在金属壳中部取样磨光，20％NaOH的水溶液中腐蚀20％HNO3水溶液，观察宏观组织形状。实验