材料的成形工艺性能

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1、1.3材料的成形工艺性能一、材料的液态成形工艺性能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.本节主要介绍液态金属的充型性。一、液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。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

2、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，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

3、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(

4、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液态金属充型性的影响因素金属性质浇注条件铸型条件金

5、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

6、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不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞。其中容积较大而集中的称缩孔，细小而分散的称缩松。非共晶成分的合金：在一定温度范围内结晶的，属于糊状凝固或中间凝固，结晶区域内存在液相和固相并存的两相区，在该区域内，合金粘稠，树枝状晶发达，使凝固层内表面参差不齐，合金液在其间的流动阻力很大，因而充型性差。合金的结晶温度范围越宽，充型性越差。宽结晶温度范围的合金，凝固区域宽，散热条件差，容

7、易发展成为树枝晶发达的粗大等轴枝晶组织。当粗大的等轴枝晶相互连接以后(固相约为70％)，将使凝固的液态金属分割为一个个互不沟通的溶池，最后在铸件中形成分散性的缩孔，即缩松，如图。液态金属流动机理与充型能力纯金属、共晶成分合金及结晶温度很窄的合金流动机理示意图前端析出15~20％的固相量时，流动就停止。充型能力强宽结晶温度合金流动机理示意图同时，金属合金中的各合金元素对流动性有不同的影响。例：铁碳合金碳、硅、磷含量高的铸铁，充型能力强；硫含量高的铸铁，充型能力弱。金属的物理性质比热