《第2章液态金属的流动性及充型能力》

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1、第2章液态金属（合金）的流动性及充型能力2.1充型能力的概念、意义和测定方法1、充型能力的概念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，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。液态金属充填铸型一般是在纯液态下充满型腔的，也有边充型边结晶的情况。在充型过程中，当液态金属中形成晶粒堵塞充型通道时，流动则停止。如果停止流动出现在型腔充满之前，则造成铸件“浇不足”的缺陷。实践证明，同一种金属用不同的铸造方法，所能铸造的铸件最小壁厚不同。同样的铸造方法，由于金属不同，所能得到的最小壁厚也不同。最小壁厚/

2、mm金属种类铸造方法砂型金属型熔模壳型压铸灰铸铁3＞40.4～0.80.8～1.5-铸钢48～100.5～12.5-铝合金33～4--0.6～0.8不同金属和不同铸造方法铸造的铸件最小壁厚所以，液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。液态金属本身的流动能力，称为“流动性”，是金属的铸造性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。液态金属的充型能力和流动性是两个不同的概念，要注意加以区分。2、充型能力的意义（1）对铸件成

3、形的影响充型能力差的合金难以获得大型、薄壁、结构复杂的健全铸件。（2）对铸件补缩、热裂的影响良好的流动性能使铸件在凝固期间产生的缩孔得到液态金属的补充。铸件在凝固末期受阻碍出现的热裂可以得到液态金属的充填而弥合。流动性好的铸造合金，充型能力强；流动性差的合金，充型能力差。但是，可以通过改善外界条件来提高其充型能力。3、充型能力的测定通常用相同实验条件下所测得的合金流动性表示合金的充型能力。因此，可以认为合金的流动性是在确定条件下的充型能力。液态金属的流动性是用浇注“流动性试样”的方法衡量的。在实际中，是将试样的结构和铸型

4、性质固定不变，在相同的浇注条件下，例如在液相线以上相同的过热度或在同一的浇注温度下，浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度或以试样某处的厚薄程度表示该合金的流动性。在生产和科学研究中应用最多的是螺旋试样。螺旋形流动性试样结构示意图优点是灵敏度高、对比形象、可供金属液流动相当长的距离，而铸型的轮廓尺寸并不太大。缺点是金属流线弯曲，沿途阻力损失较大，流程越长，散热越多，故金属的流动条件和温度条件都在随时改变，这必然影响到所测流动性的准确度；各次试验所用铸型条件也很难精确控制；每做一次试验要造一次铸型。2.2.液态金属停止流动

5、的机理及充型能力计算2.2.1液态金属的停止流动机理取纯铝（99.99%Al）和Al-5%Sn两种金属浇注流动性试样。Al-Sn合金状态图纯金属流动性试样的宏观组织是柱状晶，试样的末端有缩孔，这说明液态金属停止流动时，其末端仍保持有热的金属液。纯铝流动性试样纵剖面上的宏观组织停止流动的原因，是末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱状晶相接触，金属的流动通道被堵塞。流动性试样的宏观组织是等轴晶，离入口处越远，晶粒越细，试样前端向外突出。Al-5%Sn合金流动性试样纵剖面上的宏观组织由此可以判断，液态金属的温度是沿程下降的，

6、液流前端冷却最快，首先结晶，当晶体达到一定数量时，便结成一个连续的网络，发生堵塞，停止流动。纯金属、共晶成分合金及结晶温度范围很窄的合金停止流动机理示意图。对于纯金属、共晶合金及结晶温度范围很窄的合金，在液态金属的过热热量未完全散失以前为纯液态流动。随着流动继续向前，液态金属的温度降至熔点以下，型壁开始结晶，形成一个凝固壳，液流中心部分继续向前流动。当较先结晶部位从型壁向中心生长的晶体相互接触时，金属的流动通道被阻塞，流动停止。右图所示为结晶温度范围很宽的合金的停止流动机理示意图。对于结晶温度范围很宽的合金，在液态金属的

7、过热热量完全散失之前，金属液也以纯液态流动。随流动继续向前，液态金属的温度下降到液相线以下，液流中析出晶体，顺流前进并不断长大。液流前端不断与型壁接触，冷却最快，析出晶体数量最多，使金属液的粘度增加，流速缓慢。当晶粒数量达到某一临界值时，便结成一个连续的网络。若造成金属液流流动的压力不能克服此网络的阻力，就发生阻塞而停止流动。合金的结晶温度范围越宽，枝晶就越发达，液流前端析出相对较少的固相量，亦即在相对较短的时间内，液态金属便停止流动。因此，合金的结晶温度范围越宽，其充型能力越低。2.2.2液态金属充型能力的计算液态金属

8、充型时与铸型之间发生着强烈的热交换，是一个不稳定的传热和流动过程。由于影响的因素很多，从理论上对液态金属的充型能力进行计算很困难。许多人为简化计算，对过程作了各种假设，得出了许多不同的计算公式。假设用某成分液态金属浇注一水平棒形试样，在一定的浇注条件下，液态金属的充型能力以其流过的长度来表示：式中υ－在静压头H作用下