《材料成形基本原理》(3Ed)液態(tài)金屬的充型能力《材料成形基本原理》(第3版)第2章

液態(tài)金屬的充型能力2.1

液態(tài)金屬充型能力的基本概念2.2

液態(tài)金屬停止流動機理與充型能力2

.

3影響充型能力的因素液態(tài)金屬充型能力概念液態(tài)金屬充型能力：在充型過程中，液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、尺寸精確、輪廓

清晰的鑄件的能力。也可簡稱為充型能力。充型能力是設(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?！恫牧铣尚位驹怼?第3版)《材料成形基本原理》(第3版)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2-1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>40.4-0.80.8-1.5--鑄

鋼48-100.5-1.02.5—-鋁

合

金33-4

0.6-0.8金屬液流動性概念與充型過程有關(guān)的另一概念稱為流動性一—充型過程金屬

液本身的流動能力。流動性好的鑄造合金充型能力強，反之亦然；金屬的流動性好，氣體和雜質(zhì)易于上浮，使金屬凈化，有利于得到?jīng)]有氣孔和夾雜的鑄件；金屬的流動性好，有利于鑄件在凝固期間可能產(chǎn)生的縮孔得到金屬液的補縮；金屬的流動性好，凝固末期收縮受阻而出現(xiàn)的熱裂得到液態(tài)金屬的彌合《材料成形基本原理》(第3版)《材料成形基本原理》(第3版)流動性與充型能力的關(guān)系：流動性是決定充型能力的內(nèi)在因素，而充型能力還取決于其它外界因素，充型能力是內(nèi)因和外因的共同結(jié)果。通常，在相同的外界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。因此可以認為：合金液流

動性是確定條件下的充型能力。對于同一種合金，也可以用流動性試樣研究各鑄造工藝因素對其充型能力的影響。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。《材料成形基本原理》(第3版)純金屬、共晶成分合金及結(jié)晶溫度

很窄的合金停止流動機理示意圖寬結(jié)晶溫度合金停止

流動機理示意圖《材料成形基本原理》

(第3版)(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4.鑄件結(jié)構(gòu)因素1.

金屬性質(zhì)方面的因素影響充型能力的因素《材料成形基本原理》(第3版)1.

金屬性質(zhì)方面的因素結(jié)晶溫度范圍的影響結(jié)晶潛熱、比熱、密度的影響金屬其它因素的作用《材料成形基本原理》(第3版)1.

金屬性質(zhì)方面的因素成分一→結(jié)晶溫度范圍的影響純金屬、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)晶溫度范圍的合金：流動性不好；例：Fe-C合金流動性與成分的關(guān)系《材料成形基本原理》(第3版)《材料成形基本原理》(第3版)合金液的比熱、密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，充型

能力越好；結(jié)晶潛熱

(

約為液態(tài)金屬熱量的85~90%):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較小：

因固相比較少時液流前端就形成骨架而停止流動其它舉例：Al-Si

、Al-Mg

、

鑄鐵等Al-Si合

金，最好流動性并不在共晶成分Si12.6%處，而是

在含Si量為16~20%左右。這是因為Si晶體結(jié)晶潛熱為180.7×104J/kg,為α-Al(38.9×104J/kg)的4倍以上，

而且，過共晶成分Al-Si

合金

的初生塊狀Si強度較低，不

容易形成堅固的枝晶網(wǎng)絡(luò)，結(jié)晶潛熱的作用得以發(fā)揮。(b)10010

15

25《材料成形基本原理》(第3版)流動性,cmSi,wt%Mg,wt%流

動

性

,(c)金屬液粘度的影響(充型后期)(液態(tài)金屬的粘度與成分、溫度、固相微粒的含量

等相關(guān))金屬液表面張力的影響(降低金屬表面張力可提高金屬液的流動性：鑄型通

常與金屬液的潤濕角大于90

°,型腔內(nèi)薄壁和棱角處合

金液形成凸面，表面張力的附加力指向液體內(nèi)部，阻礙

金屬液對型腔細薄、棱角部位的填充)變質(zhì)及孕育處理的影響(Na

及Sr變質(zhì)處理都在不同程度上降低亞共晶和共

晶Al-Si合金液流動性；

P

對過共晶Al-Si類似)工藝條件對半固態(tài)金屬漿料流動性的影響(較寬結(jié)晶溫度范圍的合金，在半固態(tài)溫度以機械

攪拌或電磁攪拌，可大大改進合金的表觀粘度)金屬其它因素的作用《材料成形基本原理》(第3版)300

90012001500圖2-7旋轉(zhuǎn)剪切速率對漿料粘度的影響(A357

鋁合金：Wsi=6.74~7.47%,WMg=0.13~0.14%)《材料成形基本原理》

(第3版)旋轉(zhuǎn)剪切約化角速度，s?1表

觀

粘

度

/

P

a

.

Sb?

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?

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b?

很小的石棉粉。濕砂型的b?

是干砂型的2倍左右，砂型的b?

與造型材料的性質(zhì)、型砂成分的配比、砂型的緊實度等因素有關(guān)。2、鑄型性質(zhì)方面的因素《材料成形基本原理》(第3版)鑄型的蓄熱系數(shù)材

料溫

度

t/℃密

度P2/(kg

·m-8)比

熱

容c2/[J

·

(kg

·

℃)-1]導(dǎo)熱系數(shù)λ2/〔W·

(m

·

℃)1蓄熱系數(shù)b?/[10-4J

·

(m2.

℃:s2)-1]銅鑄鐵鑄鋼人造石墨鎂

砂鐵

屑粘土型砂粘土型砂干砂(50/100)

濕砂(50/100)耐火粘土鋸

末煙

黑20202010002020900900205002050089307200785015603100300017001500170018001845300200385.2669.9460.51356.51088.61046.7837.41172.312562302.71088.61674.7837.439237.246.5112.83.52.44

0.84

1.63

0.58

1.28

1.05

0.1740.0353.67

1.34

1.3

1.55

0.344

0.28

0.11

0.17

0.11

0.230.1450.02960.0076表2-3幾種鑄型材料的蓄熱系數(shù)《材料成形基本原理》

(第3版)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《材料成形基本原理》(第3版)3、澆注條件方面的因素度等也會影響液態(tài)金屬的充型能力。Fe-C

合金的流動性和狀態(tài)圖的關(guān)系圖1-21

Fe-C

合金流動性與成分的關(guān)系1435℃1580℃1400℃61350℃2