合金的流动性及合金的充型能力实验
第二讲液态金属的流动与传热
5）表面张力 造型材料一般不被液态金属润湿，即润湿角θ＞900。故液态
金属在铸型细薄部分的液面是凸起的，而由表面张力产生一个 指向液体内部的附加压力，阻碍对该部分的充填。所以，表面 张力对薄壁铸件、铸件的细薄部分和棱角的成形有影响。型腔 越细薄，棱角的曲率半径超小，表面张力的影响则越大。为克 服附加压力用阻碍，必须在正常的充型压力上增加一个附加压 头。
式中,
v为在静压头H作用下液态金属在型腔 中的平均流速；
t为液态金属自进入型腔到停止流动的 时间。
充型过程的物理模型
7
由流体力学原理可知 :
v 2gH
式中，H为液态金属的静压头；为流速系数。
关于流动时间的计算，液态金属不同的停止流动机理则有不 同的计算方法。
对于纯金属或共晶成分合金，凝固方式呈逐层凝固时，其停 止流动是由于液流末端之前的某处从型壁向中心生长的晶粒相 接触，通道被堵塞的结果。因此，对于这类液态金属的停止流 动时间t，可以近似地认为是试样从表面至中心的凝固时间，可 根据热平衡方程求出（凝固时间的计算）。
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A1-Si合金的流动性，在共晶成分处并非最大值，而在过共 晶区里继续增加，是因为初生硅相块状晶体,有较小的机械强度， 不形成坚强的网络，结晶潜热得以发挥。硅相的结晶潜热比 α 相大三倍。
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3）金属的比热、密度和导热系数
比热和密度较大的合金，因其本身含有较多的热量，流动性 好。导热系数小的合金，热量散失慢，保持流动的时间长；导 热系数小，在凝固期间液固并存的两相区小，流动阻力小，故 流动性好。
合金的结晶温度范围越宽，枝晶就 越发达，液流前端析出少量固相， 即在较短的时间，液态金属便停止 流动。在液态金属的前端析出 15~20%的固相量时，流动就停止。
液态金属(合金)的流动性及充型能力-PPT课件
三、教法分析
基于本课题的特点，我主要采用了 以下的教学方法：
1. 直观演示法：利用多媒体进行直观演示，激 发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，促进学生 对知识的掌握。课节内容公式较多，采用板书 推导的方法便于学生理解。 2. 引导提问法：通过提出问题引导学生，以学 生为主体，使学生的独立探索性得到了充分的 发挥，培养学生的自觉能力、思维能力。 3. 集体讨论法：针对学生提出的问题，组织学 生进行集体和分组语境讨论，促使学生在学习 中解决问题，培养学生团结协作的精神。
（2）、教材内容要点
①、液态金属流动性及充型能力的 概念 ②、液态金属（合金）充型能力的 计算
（3）、教学目标 ①、知识目标： 了解液态金属在成形过程中的流动特点 了解影响充型能力的因素和提高措施 熟悉并掌握液态金属停止流动机理及液态金属充 型能力的计算方法 ②、能力目标： 由于本节课内容是本门课的重点内容之一，属于 理论性较强的内容。通过多媒体演示和板书的合理应 用，培养学生勤于思考的学习能力。并且本节内容计 算部分较多，锻炼学生独立思考，独立分析问题的能 力。 ③、德育目标： 培养学生从事研究工作认真、严谨的作风。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 讲授新课：（39分钟） 在讲授新课的过程中，我突出教材的重点 ，明了地分析教材的难点。我选择了多媒体的 教学手段,可以使抽象的知识具体化，枯燥的知 识生动化，乏味的知识兴趣华。还重视教材中 的疑问，适当对题目进行引申，使它的作用更 加突出，有利于学生对知识的串联、积累、加 工，从而达到举一反三的效果。教学过程：通 过幻灯片演示展开本节内容——液态金属在成 形过程中的流动特点——液态金属流动性和充 型能力概念——重点分析液态金属停止流动机 理——着重讲解液态金属充型能力的计算方法 ——影响充型能力的因素和提高措施。
材料成型工艺综合复习题
问答题1、吊车大钩可用铸造、锻造、切割加工等方法制造，哪一种方法制得的吊钩承载能力大？为什么？2、什么是合金的流动性及充形能力，决定充形能力的主要因数是什么？3、铸造应力产生的主要原因是什么？有何危害？消除铸造应力的方法有哪些？4．试讨论什么是合金的流动性及充形能力？5. 分别写出砂形铸造, 熔模铸造的工艺流程图并分析各自的应用范围.6. 液态金属的凝固特点有那些，其和铸件的结构之间有何相联关系？7. 什么是合金的流动性及充形能力，提高充形能力的因素有那些？8. 熔模铸造、压力铸造与砂形铸造比较各有何特点？他们各有何应用局限性？9. 金属材料固态塑性成形和金属材料液态成形方法相比有何特点，二者各有何适用范围？10. 缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？11. 什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？12. 手工造型、机器造型各有哪些优缺点？适用条件是什么？13. 从铁- 渗碳体相图分析，什么合金成分具有较好的流动性?为什么?14. 铸件的缩孔和缩松是怎么形成的？可采用什么措施防止?15. 什么是顺序凝固方式和同时凝固方式?各适用于什么金属？其铸件结构有何特点?16. 何谓冒口，其主要作用是什么？何谓激冷物，其主要作用是什么？17. 何谓铸造？它有何特点？18. 既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？19．金属材料的固态塑性成形为何不象液态成形那样有广泛的适应性？20.. 冷变形和热变形各有何特点？它们的应用范围如何？21. 提高金属材料可锻性最常用且行之有效的办法是什么？为何选择？22. 金属板料塑性成形过程中是否会出现加工硬化现象？为什么？23. 纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？24．许多重要的工件为什么要在锻造过程中安排有镦粗工序？25. 模锻时，如何合理确定分模面的位置？26. 模锻与自由锻有何区别？27．板料冲压有哪些特点？主要的冲压工序有哪些？28. 间隙对冲裁件断面质量有何影响？间隙过小会对冲裁产生什么影响？29. 分析冲裁模与拉深模、弯曲模的凸、凹模有何区别？30. 何谓超塑性？超塑性成形有何特点？31、落料与冲孔的主要区别是什么？体现在模具上的区别是什么？32、比较落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构及间隙Z 有何不同？为什么？33、手工电弧焊与点焊在焊接原理与方法上有何不同？34．手工电弧焊原理及特点是什么？35、产生焊接应力和变形的主要原因是什么，怎样防止或减少应力和变形？36. 试说明焊条牌号J422和J507中字母和数字的含义及其对应的国标型号，并比较它们的应用特点。
液态金属的流动性及充型能力
液态金属的流动性及充型能力液态金属充填过程是铸件形成的第一阶段，铸件的许多缺陷是在这个过程中形成的。
为了获得优质健全的铸件，必须掌握和控制这个过程。
为此，研究液态金属充满铸型的能力，以便得到形状完整、轮廓清晰的铸件，防止在充型阶段产生缺陷一、充型的概念液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性又叫做充型能力。
液态合金的流动性愈好，不仅易于铸造出轮廓清晰，薄而形状复杂的铸件，而且有助于液态合金在铸型中收缩时得到补充，有利于液态合金中的气体及非金属夹杂物上浮与排除。
若流动性不好，则易使铸件产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩松等缺陷液态金属充填铸型是一个复杂的物理、化学和流体力学问题，涉及到金属液的各种性质，如密度、黏度、表面张力、氧化性、氧化物的性质及润湿性等。
充型能力的大小影响铸件的成型，充型能力较差的合金难以获得大型、薄壁、结构复杂的健全铸件而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出现的热裂可以得到液态金属的充填而弥合，有利于防止缺陷产生液态合金流动性的好坏，通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量。
如图2-3所示，将液态合金注入螺旋形试样铸型中，冷凝后，测出其螺旋线长度。
为便于测量，在标准试样上每隔50mm 作出凸点标记，在相同的浇注工艺条件下，测得的螺旋线长度越长，合金的流动性越好。
常用合金的流动性如表2-1所示。
其中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差通常，流动性好的合金，充型能力强;流动性差的合金，充型能力差，在实际的铸造生产中，可以通过改善外界条件来提高其充型能力，根据铸件的要求及合金的充型能力采取相应的工艺措施以获得健全的优质铸件。
二、影响充型能力的因素影响充型的因素是通过两个途径发生作用的:一是影响金属与铸型之间的热交换条件，从而改变金属液的流动时间；二是影响液态金属在铸型中的水力学条件，从而改变金属液的流速。
铸造知识(全)汇总
第一章铸造工艺基础§1 液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.2 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如灰口铁:浇铸温度1300℃试件长1800mm.铸钢: 1600℃100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二浇注条件1 浇注温度: t↑合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴t↑提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑充型能力↑如砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等充↓2 铸型导热能力: 导热↑金属降温快,充↓如金属型3 铸型温度: t↑充↑如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑充↑减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.§2 铸件的凝固和收缩铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.3) 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢逐层凝固, 高碳钢糊状凝固2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁C, Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑液态收缩↑3) 铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩↑缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓缩孔容积↓4) 浇注速度↑液态收缩↑易产生缩孔5 缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.§3 铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-) 由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。
合金熔炼学习知识重点情况总结
合金熔炼知识点总结1.铸造性能：流动性，充型能力，收缩性，偏析。
气体及夹杂物等2.合金的流动性与充型能力的区别1）充型能力是液态金属充满型腔获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力流动性是指液态铸造合金本身的流动能力。
2）流动性好的合金，其充型能力强3）流动性影响因素：合金的种类，化学成分及结晶特点3.收缩性：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩性。
1）收缩的三个阶段;液态收缩阶段，凝固收缩阶段，固态收缩阶段。
2）收缩方法：体收缩，线收缩3）影响收缩的因素：化学成分，浇注温度，铸件结构与铸型条件4）收缩对铸件质量的影响：产生缩松和缩孔[主要原因是液态收缩和凝固收缩]防治措施：调整化学成分，降低浇注温度和减少浇注速度，增加补缩能力，增加铸型激冷能力。
6.铸造应力：铸件在凝固冷却的过程中因温度的下降而产生收缩使铸件和长度发生变化，若这些变化受到阻碍便会在铸件中产生应力称为铸造应力。
1）铸造应力按其产生的原因可分为三种：热应力，固态相变应力，收缩应力2））铸造应力的防止和消除措施：采用同时凝固的原则提高铸型温度改善铸型和型芯的退让性进行去应力退火7.铸铁：铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称[铁，碳，硅，锰，磷，硫及其其他合金元素]1）铸铁中的碳以化合态渗碳体和游离态石墨形式存在2）.影响铸铁组织和性能的因素：a.碳和硅[铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大]b.硫[强烈阻碍石墨化,增加热脆性，恶化铸铁铸造性能硫含量限制在0.1-0.15%以下]c.锰[弱阻碍石墨化，具有提高铸铁强度和硬度的作用锰含量控制在0.6~1.2%之间]d.磷[对铸铁的石墨化影响不显著。
含磷过高将增加铸铁的冷脆性磷含量限制在0.5%以下]8.铸铁分类：1）按碳存在形式分：白口铸铁，灰口铸铁，麻口铸铁2）按石墨存在形式分：灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁3）按化学成分分：普通铸铁，合金铸铁4）按性能分：耐热铸铁，耐磨铸铁，耐腐蚀铸铁9.灰铸铁（HT)：指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。
铸造2-4重点
2. 影响合金充型能力的主要因素有哪些？答：1）合金的流动性；2）浇注条件；3）铸型条件。
3. 简述合金收缩的三个阶段。
答：（1）液态收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度（液相线温度）的收缩，即金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
（2）凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固终止温度（固相线温度）的收缩，即熔融金属在凝固阶段的体积收缩。
（3）固态收缩从凝固终止温度冷却到室温的收缩，即金属在固态由于室温降低而发生的体积收缩。
4. 简述铸铁件的生产工艺特点。
答：（1）灰铸铁铸造性能优良，便于制出薄而复杂的铸件。
（2）球墨铸铁铁水的化学成分要求严格。
为了防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上；需要球化处理和孕育处理。
（3）可锻铸铁凝固收缩大，熔点比灰铸铁高，结晶温度范围较宽，故其流动性差，所以易产生浇不足、冷隔、缩孔、缩松和裂纹等缺陷。
因此在工艺设计时，应特别注意冒口和冷铁的位置，以增强补缩能力。
（4）蠕墨铸铁蠕墨铸铁件的生产过程与球墨铸铁件相似，主要包括熔炼铁水、蠕化孕育处理和浇注等。
但一般不进行热处理，而以铸态使用。
为此，须特别重视其化学成分和蠕化孕育效果6. 浇注位置的选择原则是什么？答：浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。
浇注位置选择得正确与否对质量影响很大。
选择时应考虑以下原则：（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。
（2）铸件宽大平面应朝下，这是因为在浇注过程中，熔融金属对型腔上表面的强烈辐射，容易使上表面型砂急剧地膨胀而拱起或开裂，在铸件表面造成夹砂结疤缺陷。
（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。
（4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面，便于安放冒口，使铸件自下而上(朝冒口方向)定向凝固。
（5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放、固定和排气。
7. 简述离心铸造的原理和分类。
答：离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成形的铸造方法。
新材料工程作业答案 (2)
1、什么是同时凝固与顺序凝固原则？这两种原则各适用于那种场合，各需采用什么工艺措施来实现？答：顺序凝固原则是指采取一定的工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向定向地凝固。
同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，铸件相邻各部位或铸件各处几乎同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的凝固方向性，称作同时凝固。
顺序凝固主要用于消除铸造工艺中的缩孔和缩松，主要通过合理运用冒口或冷铁等工艺措施实现。
同时凝固主要用于降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向，主要通过合理设置内浇口位置及安放冷铁等工艺措施实现。
2、什么是合金的流动性及充型能力？充型能力不足，铸件易产生的主要缺陷有哪些？充型能力的影响因素有哪些？不同化学成分的合金为什么流动性不同？答：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。
液态金属自身的流动能力称为“流动性”，是金属的液态铸造成形的性能之一。
充型能力不足，会产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。
液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流动能力，还受外部条件，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。
3、分析下图铸件的热应力分布（拉应力和压应力）和变形趋势。
答：上图１受到拉应力，２受到压应力，下图１受到压应力，２受到拉应力，变形趋势如图所示。
4、绘制自由锻件图与模锻件图有何不同，分别要考虑哪些问题？7、从结构工艺分析此铸造产品的不合理性，并对产品设计进行改进。
答：1.铸造加强肋的布置应有利于取模2.改进工艺8、锻造为什么要进行加热？如何选择锻造温度范围？加热的目的是为了提高金属的塑性，减小变形抗力，使之易于变形，并获得良好的锻后组织和力学性能。
确定锻造温度范围一方面要保证金属应具有良好的可锻性和合适的金相组织 , 另一方面要求在每一次加热之后做更多的成形工作 , 以节约能源和提高效率。
金属工艺学_课后习题参考答案
⾦属⼯艺学_课后习题参考答案第⼀章（p11）1、什么就是应⼒？什么就是应变？答：应⼒就是试样单位横截⾯得拉⼒；应变就是试样在应⼒作⽤下单位长度得伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受得最⼤载荷时,试样上有部分开始变细，出现了“缩颈".缩颈发⽣在拉伸曲线上bk段。
不就是，塑性变形在产⽣缩颈现象前就已经发⽣,如果没有出现缩颈现象也不表⽰没有出现塑性变形。
4、布⽒硬度法与洛⽒硬度法各有什么优缺点?下列材料或零件通常采⽤哪种⽅法检查其硬度?库存钢材硬质合⾦⼑头锻件台虎钳钳⼝洛⽒硬度法测试简便,缺点就是测量费时,且压痕较⼤,不适于成品检验。
布⽒硬度法测试值较稳定,准确度较洛⽒法⾼。
;迅速，因压痕⼩，不损伤零件,可⽤于成品检验.其缺点就是测得得硬度值重复性较差,需在不同部位测量数次. 硬质合⾦⼑头,台虎钳钳⼝⽤洛⽒硬度法检验。
库存钢材与锻件⽤布⽒硬度法检验。
5、下列符号所表⽰得⼒学性能指标名称与含义就是什么？抗拉强度它就是指⾦属材料在拉断前所能承受得最⼤应⼒、屈服点它就是指拉伸试样产⽣屈服时得应⼒。
规定残余拉伸强度疲劳强度它就是指⾦属材料在应⼒可经受⽆数次应⼒循环不发⽣疲劳断裂,此应⼒称为材料得疲劳强度. 应⼒它指试样单位横截⾯得拉⼒。
冲击韧度它就是指⾦属材料断裂前吸收得变形能量得能⼒韧性。
ＨRC 洛⽒硬度它就是指将⾦刚⽯圆锥体施以１0０Ｎ得初始压⼒，使得压头与试样始终保持紧密接触,然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值. HBS布⽒硬度它就是指⽤钢球直径为10ｍｍ,载荷为300０Ｎ为压头测试出得⾦属得布⽒硬度。
HＢW 布⽒硬度它就是指以硬质合⾦球为压头得新型布⽒度计。
第⼆章(p23)(1)什么就是“过冷现象"?过冷度指什么?答:实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度),这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度.(2)⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响?细化晶粒得途径有哪些？答：⾦属得晶粒粗细对其⼒学性能有很⼤影响。
铸件形成理论习题答案
1. 液态金属的结构和性质1、加热时原子距离的变化如图1—2所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何关系? R0、R1、R2…..的概念？答：温度的变化，只改变原子的间距，并不改变原子间的平衡位置，即R0不变。
而R0,R1,R2….是温度升高时，原子振动的中心位置。
因为温度升高，振幅加大但曲线（W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化。
2、图1-1纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？答：振幅在图中的表示：如图1-2中数条的平行线。
加热时，能量增加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀。
3、图1-1中的Q是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变，熔化潜热的本质是什么？答：Q不是熔化潜热。
在熔化温度下金属吸收热量①体积膨胀做功②增加系统内能（电阻，粘性都发生突变）原子排列发生紊乱。
在熔点附近，原子间距为R1,能量很高，但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量----熔化潜热时，使原子间距>R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高。
（使晶粒瓦解，并不是所有结合键全部破坏）4、通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？答：（1）体积变化：固态—气态：体积无限膨胀。
固态到液态，体积仅增加3~5%，原子间距仅增加1~1.5%。
（2）熵值变化：△Sm/△S 仅为0.13~0.54% （3）熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几（4）X 线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似。
距离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距的范围内，与其固态的排列方式基本一致。
5、纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。
答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。
合金的流动性及合金的充型能力实验指导书
合金的流动性及合金的充型能力实验一、实验目的1．熟悉合金流动性的概念，掌握铸造合金流动性的测定方法。
2．了解影响合金流动性及充型能力的因素。
二、实验原理液态合金充满铸型型腔．获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。
若充型能力不足，将使铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。
影响合金充型能力的因素:1．合金的流动性液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。
合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈便于浇出轮廓清晰、壁薄而复杂的铸件，同时也有利于夹杂物和气体的上浮与排除，有利于凝固过程的补缩。
影响合金流动性的因素很多，但化学成分的影响最为显著。
纯金属和共晶成分的合金，是在恒温下逐层凝固的，凝固层内表面较光滑，对液体的流动阻力小，流动性好；非共晶成分合金是在一定温度范围内结晶的，且为糊状凝固方式，已结晶的树枝晶对液态合金的流动阻力较大，流动性较差，结晶温度范围愈大，则合金的流动性愈差。
2．浇注条件(1) 浇注温度浇注温度愈高，合金的粘度下降，且因过热度大，合金在铸型中保持流动时间长，故充型能力强。
反之充型能力差。
(2) 充型压力液态合金在流动方向上所受的压力愈大，则充型能力愈好。
在离心铸造时，液态合金受到了离心力的作用，充型能力较强。
(3)铸型条件液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流动速度；铸型的导热速度也将影响合金的充型能力。
铸型型腔复杂、导热速度快，均会降低液态合金的充型能力。
三、实验设备及材料1．螺旋形硅橡胶铸型模具，螺旋形金属铸型模具。
2．HWIOO型离心铸造机。
3．电阻坩锅炉，热电偶，温控器。
4．共晶成分锡铅合金(Sn-37％Pb)，亚共晶成分锡铅合金(Sn-10％Pb)。
5．钢尺，浇注工具等。
四、实验过程及分析1．化学成分对合金流动性的影响(1) 实验过程将螺旋形硅橡胶模具分两次放入离心机中固定，依次定量浇入温度为270O C左右的共晶(Sn-37％Pb)合金和亚共晶(Sn-10％Pb) 合金。
机械制造基础
简答题第12章什么是液态合金的流动性？影响合金流动性的因素有哪些？它与液态合金的充型能力有何关系？为什么铸钢的充型能力比铸铁差？液态合金的流动能力成为流动性。
化学成分、铸型的结构和性质、浇注条件。
液态合金的流动性好，易充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩；流动性差，则充型能力差，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹渣等缺陷。
钢的含碳量比铁低，铸铁的结晶温度区间比铸钢大，凝固过程中的固液断面固液相区的宽度增加，流动性更好，所以充型能力好。
缩孔和缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？缩孔和缩松使铸件手里的有效面积减小，而且在孔洞处易产生应力集中，可使铸件力学性能大大减低，以致成为废品。
缩孔是铸件最后凝固部位容积较大的孔洞，采用顺序凝固加冒口的方法就可以防止，但缩松是分散在铸件没区域内的细小缩孔，分部面积很大，所以不好防止什么是顺序凝固原则和同时凝固原则？两种凝固原则各应用于哪种场合？所谓顺序凝固是使逐渐远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固同时凝固原则是尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀的冷却加冒口，安防冷铁。
这两种凝固方式适合于收缩率较小的灰铁件铸造。
铁水在砂型里面凝固的时候，顺序凝固一般都是薄壁部分先凝固，厚壁的部分后凝固，也就是铸件壁厚凝固冷却速度有差异；而同时凝固指的是铸件所有壁厚凝固冷却速度温差较小，一般会在热节部位采用冷铁激冷的方式，迫使热节部位快速凝固，这种凝固方式适合于薄壁、壁厚较均匀的铸件。
同时凝固原则适用铝青铜，铝硅合金和铸钢件。
顺序凝固适用灰铸铁，锡青铜等第13章影响金属的锻造性能的因素有哪些？提高金属锻造性能的途径是什么？材料性质的影响(化学成分、金属组织)加工条件的影响(变形温度、变形速度、应力状态)在压力加工过程中，要根据具体情况，尽量创造有利变形条件，充分发挥金属塑性，降低其变形抗力，以达到塑性成形加工的目的。
什么是纤维组织？纤维组织的存在有何意义？在冷变形过程中，晶粒沿变形方向拉长而形成的组织称为纤维组织。
实验一金属液的充型能力及流动性测定实验
实验一 金属液的充型能力及流动性测定实验一、实验目的1、 了解合金的化学成分和浇注温度对金属液充型能力和流动性的影响。
2、 熟悉采用螺旋型试样测定铸造金属液的流动性和评定其充型能力的方法。
3、 具备设计和实施常用金属材料充型比较的能力，并能够对实验结果进行分析。
二、实验的主要内容利用电阻坩埚炉熔化合金；使用螺旋形试样的模样造型；完成浇注；冷凝后得到试样。
通过测量试样长度来判断合金在不同条件下的流动性和充型能力。
三、实验设备和工具电阻坩埚炉（5KW ）、螺旋形试样模样（见图1）、热电偶测温仪、型砂、砂箱、造型工具、浇注工具等。
四、实验原理充型能力是金属液充满铸型型腔、获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
充型能力主要取决于液态金属的流动性，同时又受相关工艺因素的影响。
金属液的流动性是金属液本身的流动能力，用在规定铸造工艺条件下流动性试样的长度来衡量。
流动性与金属的成分、杂质含量及物理性能等有关。
影响金属液充型能力的工艺因素主要有浇注温度、充型压力等。
提高浇注温度或充型压力，均有利于提高充型能力。
五、实验方法和步骤1．合金的熔化、保温 方案一：将某一成分的铝硅合金在坩埚炉中，加热熔化并过热到一定的温度保温。
方案二：将同一成分的铝硅合金（适量）分别置于两个坩埚炉中，加热熔化并过热到不同的温度保温。
2．造型方案一：采用同一个螺旋形试样的模样分别制作两个直浇道高度不同的砂型。
方案二：采用同一个螺旋形试样的模样分别制作两个直浇道高度相同的砂型。
3．浇注方案一：将熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度不同的砂型中。
方案二：将两个坩埚炉中加热熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度相同 的砂型中。
4．开型、落砂 待试样凝固后即可开型并落砂。
图1 螺旋形试样5．测定流动性分别测出不同试样螺旋形部分的长度。
（凸点间距L0=50mm，设凸点数为n，不足L0的长度A0估出，L=L0×n+A0）6．填写实验记录，并整理好工具、模样、砂箱，清扫造型场地。
液态金属的充型能力1
等固相法
内切圆法 特 征：形状不规则，表面不光滑，可以看到发达的树 枝晶末梢 2、缩松的形成 形成过程：
产生原因：液态收缩+凝固收 缩＞固态收缩
产生条件：宽结晶温度范围的 合金 出现部位：铸件中心轴线处 上一页 下一页 退出
3、防止措施
顺序凝固原则
同时凝固 原则
内冷铁：铸件 的一部分
冷铁
外冷铁：铸型 的一部分
以上影响因素错综复杂，在实际生产中必须根据具体情况具 体分析，找出其中的主要矛盾，采取措施，才能有效地提高液态 金属的充型能力。
上一页 下一页 退出
3、对铸件质量的影响
充型能力好：
◆ 可获得外形完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件 ◆ 有利于排气和排渣
◆ 有利于补缩
充型能力不好，铸件易产生以下缺陷： 浇不足：液态金属未充满铸型而产生缺肉的现象。 冷隔：两股金属流汇合时因表层氧化而未能融合而产生凹坑 或缝隙的现象。
2、防止措施 ⑴设计上：合理设计铸件结构，以减少铸造内应力；使铸 件形状对称，抵消变形 ⑵工艺上 a.反变形法 b.设置拉筋（热处理后去除） c.控制打箱时间 上一页 下一页 退出
㈤ 裂纹及其防止
1、裂纹的形成 当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。
热
形成区域 外观形状 （特征） 高
裂
温
冷
低
裂
温
形状曲折而不规则，裂纹表面 呈氧化色，无金属光泽；裂口 沿晶粒边界通过。 一般分布在铸件易产生应力集
外形呈连续直线状（没有分叉）
或圆滑曲线，裂纹表面干净，具 有金属光泽，有时呈轻微氧化色；
穿过晶粒。
常出现在铸件表面
分
布
中的部位或铸件最后凝固部位 的内部
材料成形原理 部分答案
半径相同的圆柱和球体比较，前者的误差大；大铸件和小铸件比较，后者误差大；金属型和砂型比较，后者误差大，因为后者的热物性参数随温度变化较快。
11、何谓凝固过程的溶质再分配？它受哪些因素的影响？
溶质再分配：合金凝固时液相内的溶质一部分进入固相，另一部分进入液相，溶质传输使溶质在固－液界面两侧的固相和液相中进行再分配。
金属凝固时，完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷；
由固液界面前方溶质再分配引起的过冷称为成分过冷.
成分过冷的本质：由于固液界面前方溶质富集而引起溶质再分配，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低。由结晶相图可知，固液界面前方理论凝固温度降低，实际温度和理论凝固温度之间就产生了一个附加温度差△T，即成分过冷度，这也是凝固的动力。
2、液态金属表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？
答：液体金属的表面张力是质点（分子、原子）间作用力不平衡引起的。而任意两相（固-固、固-液、固-气）的交界面称为界面，由界面间相互作用而产生的力叫界面张力，表面张力可说是界面张力的一个特例。界面张力与两个表面张力之间的关系为：
σAB=σA+σB–wAB，其中σA、σB分别是A、B两物体的表面张力，wAB为两个单位面积界面向外做的功。表面张力与附加压力的关系有拉普拉斯方程描述： ，其中R1、R2为曲面的曲率半径。
1类：这种生核剂通常是与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属、非金属碎粒，他们与欲细化相间具有较小的界面能，润湿角小，直接作为衬底促进自发形核。
2类：生核剂中的元素能与液态金属中的某元素形成较高熔点的稳定化合物，这些化合物与欲细化相间界面共格关系和较小的界面能，而促进非均质形核。
实验_铸造合金流动性测定
实验铸造合金流动性测定1、实验目的1）了解铸造合金流动性和充型能力的概念。
2）熟悉液态合金的测温方法。
3）测量铸铁和铝合金在不同温度下的流动性。
4) 分析影响合金流动性的因素，以及合金流动性对铸件质量的影响。
2、实验原理铸造性能是表示合金在铸造成形工艺过程中，获得外形正确、内部健全铸件的性能。
它是一个复杂的综合性能，不是单一的物理性质，通常用充型能力、收缩性、偏析程度等来衡量。
液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力。
液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形成的。
熔融合金的流动性是指液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性。
影响铸造合金流动性的因素主要有：1）凝固方式纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固方式，凝固时固液界面分明，而且固体层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小，直至析出较多的固相时，才停止流动，所以此类合金液流动时间较长，流动性好。
合金结晶温度范围越宽的合金，糊状凝固方式趋势越明显，铸件断面上液固两相区越宽，枝晶越发达，阻力越大，合金液停止流动越早，流动性就越差。
通常，在Fe-C合金中，铸铁比铸钢流动性好，灰铸铁比球墨铸铁流动性好；在铸造铝合金中，Al-Si合金的流动性好；在铸造铜合金中，黄铜比锡青铜的流动性好，就是这个道理。
2）结晶潜热结晶潜热是决定纯金属和共晶成分合金流动性的一个重要因素。
合金液凝固时释放的潜热越多，则保持液态的时间越长，流动性就越好。
因此过热度相同的合金液，铝的流动性最好，其次是Zn、Sb、Cd、Sn等，Pb的流动性最差。
对于结晶温度范围宽的合金，结晶潜热对流动性的影响不明显，但对于初生晶为非金属相，并且合金在液相线温度以下液固两相态时，在不大的压力下流动时，非金属相的结晶潜热可能是一个重要影响因素。
例如，在相同过热度下的Al-Si合金的流动性在共晶成分处并非最大值，而在过共晶区里出现一段继续增加的现象，就是因为过共晶铝硅合金的初生相为Si相，且其结晶潜热大。
铸造合金流动性的测定
实铸造合金流动性的测定一、实验目的1.了解浇注温度对铸造合金流动性的影响；2.了解铸造合金流动性与铸造缺陷的关系；3.掌握使用螺旋试样法测定铸造合金流动性的方法。
二、实验设备、工具及材料图1-1螺旋形流动性试样坩埚电阻炉，20号石墨坩埚，测温热电偶；浇注工具，螺旋形试样模具，造型工具，钢卷尺；粘土湿型砂，铸造铝硅合金(ZL102，ZL105)。
三、实验原理液态合金本身的流动能力称为“流动性”，是合金的铸造性能之一。
它与合金的成分、温度、杂质含量及物理性质有关。
合金的流动性对铸型的充填过程及排出其中的气体和杂质，以及补缩、防裂有很大影响。
合金的流动性好，则充型能力强，气体和杂质易于上浮，使合金净化，有利于得到没有气孔和夹杂，且形状完整、轮廓清晰的铸件。
良好的流动性能使铸件在凝固期间产生的收缩得到合金1-1螺旋形流动性试样液的补充，并可使铸件在凝固末期因收缩受阻而出现的热裂得到液态合金的弥合。
液态合金的流动性是用浇注“流动性试样”的方法衡量的。
实际中，是将试样的结构和铸型性质固定不变，在相同的浇注条件下(例如，在液相线以上相同的过热温度或在同一浇注温度)，浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度或试样某处的厚薄程度表示该合金流动性的好坏。
对于同一种合金，也可用流动性试样研究各种铸造因素对其充型能力的影响。
例如，采用某种结构的流动性试样，可以改变型砂水分、浇注温度、直浇道高度等因素之一，以判断该因素的变动对充型能力的影响。
因此，各种测定流动性的方法都可用于合金充型能力的测定。
流动性试样的类型很多，如螺旋形、球形、U形、楔形试样以及真空试样等等。
在生产和科学研究中应用最多的是螺旋形试样(见图1-1)。
其优点是：灵敏度高，对比形象，结构紧凑。
缺点是：沟槽断面尺寸较大，液态合金的表面张力的影响表现不出来；沟槽弯曲，沿程阻力损失较大；沟槽较长，受型砂的水分、紧实度、透气性等因素的影响较显著；不易精确控制，故测量精度受到一定影响。
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华侨大学机电及自动化学院
实
验
报
告
专业班级：
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学号：
任课老师：
成绩：
合金的流动性及合金的充型能力实验
一．实验目的
1．熟悉合金流动性的概念，掌握铸造合金流动性的测定方法。
2．了解影响合金流动性及充型能力的因素。
二．实验原理
液态合金充满铸型型腔。
获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。
若充型能力不足，将使铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。
1．合金的流动性
液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。
合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈便于浇出轮廓清晰·壁
薄而复杂的铸件，同时也有利于夹杂物和气体的上浮与排除，有利于凝
固过程的补缩。
影响合金流动性的因素有很多，但化学成分的影响最为显著。
纯金属和共晶成分的合金，是在恒温下逐层凝固的，凝固层内表面较光滑，
对液体的流动阻力小，流动性小；非共晶成分合金是在一定温度范围内
结晶的，且为糊状凝固方式，已结晶的树脂晶体对液态合金的流动阻力
较大，流动性较差，结晶温度范围愈大，则合金的流动性愈差。
2．浇注条件
（1）浇注温度浇注温度愈高，合金的粘度下降，且因过热度大，合金
在铸型中保持流动时间长，故充型能力强。
反之充型能力差。
（2）充型压力液态合金在流动方向上所受的压力愈大，则充型能力愈好。
在离心铸造时液态合金受到了离心力的作用，充型能力较强。
（3）液态合金充型时，铸型的阻力将影响合金的流动速度；铸型的导热速度也将影响合金的充型能力。
铸型型腔复杂、导热速度快，均会降低液态合金的充型能力。
三．实验设备及材料
1.螺旋形硅橡胶铸型模具，螺旋形金属铸型模具。
2.HWIOO型离心铸造机。
3.电阻干锅炉，热电偶，温控器。
4.共晶成分锡铅合金（Sn-37%Pb），亚共晶成分锡铅合金（Sn-10%Pb）。
5.钢尺，浇注工具等。
四．实验过程及分析
1.化学成分对合金流动性的影响
（1）实验过程
将螺旋形硅橡胶模具分两次放入离心机中固定，依次定量浇入温度为270℃左右的共晶（Sn-37%Pb）和亚共晶（Sn-10%Pb）合金。
让其在重力作用下
①两种合金中哪种流动性好？为什么？
②怎样选择流动性好的合金材料？
2.浇注温度对合金充型能力的影响
（1）实验过程
将螺旋形硅橡胶模具分两次放入离心机中固定，第一次定量浇入250℃左右共晶成分的锡铅合金，第二次定量浇入300℃左右相同成分的锡铅合金，让其在重力作用下充型，冷却后取出试样，测量螺旋线的长度，并将测量结
（2
①为什么浇注温度越高合金的充型能力越强?
②在实际生产中是不是浇注温度越高越好？
3.充型压力对合金充型能力的影响
（1）实验过程
将螺旋形硅橡胶模具分两次放入离心机中固定，调节离心机的转数，第一次为300转／分，第二次为60转／分，每次定量浇入270℃左右的共晶Sn-37%Pb）合金，让其在离心力作用力下充型，冷却后取出试样，测量螺旋线的长度，并将测量结果填入下表：
①模具的转速对合金充型能力影响的规律是什么？为什么？
②模具的转速过高或过低对铸件质量会造成什么影响？。