合金的铸造性能

合金的铸造性能

合金的铸造性能--指在一定的铸造工艺条件下某种合金获得优质铸件的能力，即在铸造生产中表现出来的工艺性能，如充型能力、收缩性、偏析倾向性、氧化性和吸气性等

等。

研究之必要--合金铸造性能的好坏，对铸造工艺过程、铸件质量以及铸件结构设计都有显著的影响。因此，在选择铸造零件的材料时，应在保证使用性能的前提下，尽可能选用铸造性能良好的材料。但是，实际生产中为了保证使用性能，常常要使用一些铸造性能差的合金。此时，则应更加注意铸件结构的设计，并提供适当的铸造工艺条件，以获得质量良好的铸件。因此，充分认识合金的铸造性能是十分必要

的。

合金的铸造性能包括：

1.充型能力

2.凝固与收缩

3.偏析

4.吸气

1 合金的充型能力定义

定义--液态合金充满铸型，获得尺寸正确、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态合金的充型能力。

液态合金充型过程是铸件形成的第一个阶段。其间存在着液态合金的流动及其与铸型之间的热交换等一系列物理、化学变化，并伴随着合金的结晶现象。因此，充型能力不仅取决于合金本身的流动能力，而且受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。

2 对铸件质量的影响

对铸件质量的影响--液态合金的充型能力强，则容易获得薄壁而复杂的铸件，不易出现轮廓不清、浇不足、冷隔等缺陷；有利于金属液中气体和非金属夹杂物的上浮、排出，减小气孔、夹渣等缺陷；能够提高补缩能力，减小产生缩

孔、缩松的倾向性。

3 影响合金充型能力的因素及工艺对策

(1)合金的流动性

定义--流动性是指液态合金的流动能力。它属于合金的固有性质，取决于合金的种类、结晶特点和其他物理性质(如粘度越小，热容量越大；导热率越小，结晶潜热越大；表面张力越小，则流动性越好)。

测定方法--为了比较不同合金的流动性，常用浇注标准螺旋线试样的方法进行测定。在相同的铸型(一般采用砂型)和浇注条件(如相同的浇注温度或相同的过热温度)下获得的流动性试样长度，即可代表被测合金的流动性。常用铸造合金中灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢最差。对于同一种合金，也可以用流动性试样来考察各种铸造工艺因素的变动对其充型能力的影响。所得的流动性试样长度是液态金属从浇注开始至停止流动时的时间与流动速度的乘积。所以凡是对以上两个因子有影响的因素都将对流动性(或充型能

力)产生影响。

合金的化学成分决定了它的结晶特点，而结晶特点对流动性的影响处于支配地位。具有共晶成分的合金(如碳的质量分数为4.3%的铁碳合金等)是在恒温下凝固的，凝固层的内表面比较光滑，对后续金属液的流动阻力较小，加之共晶成分合金的凝固温度较低，容易获得较大的过热度，故流动性好；除共晶合金和纯金属以外，其他成分合金的凝固是在一定温度范围内进行的，铸件截面中存在液、固并存的

两相区，先产生的树枝状晶体对后续金属液的流动阻力较大，故流动性有所下降。合金成分越偏离共晶成分，其凝固温度范围越大，则流动性也越差。因此，多用接近共晶成分的合金作为铸造材料，其原因就在于此。

(2)铸型性质

①铸型的蓄热系数它表示铸型从其中的金属液吸取并存储热量的能力。铸型材料的导热率、比热容和密度越大，其蓄热能力越强，对金属液的激冷能越力就强，金属液保持流动的时间就越短，充型能力就越差。例如，金属型铸造比砂型铸造更容易产生浇不足、冷隔等缺陷。

②铸型温度预热铸型能减小它与金属液之间的温差，降低换热强度，从而提高金属液的充型能力。例如，在金属型铸造铝合金铸件时，将铸型温度由340 ℃提高到520℃，在相同的浇注温度(760℃)下，螺旋线试样长度由525mm增至950mm。因此，预热铸型是金属型铸造中必

须采取的工艺措施之一。

③铸型中的气体铸型具有一定的发气能力，能在金属液与铸型之间形成气膜，可减小流动阻力，有利于充型。但若发气量过大，铸型排气不畅，在型腔内产生气体的反压力，则会阻碍金属液的流动。因此，为提高型(芯)砂的透

气性，在铸型上开设通气孔是十分必要且经常应用的工艺

措施。

(3)浇注条件

①浇注温度

浇注温度对金属液的充型能力有决定性的影响。浇注温度提高，使合金粘度下降，且保持流动的时间增长，故充型能力增强；反之，充型能力就会下降。对于薄壁铸件或流动性差的合金，利用提高浇注温度以改善充型能力的措施，在生产中经常采用也比较方便。但是，随着浇注温度的提高，合金的吸气、氧化现象严重，总收缩量增加，反而易产生气孔、缩孔、粘砂等缺陷，铸件结晶组织也变得粗大。因此，原则上说，在保证足够流动性的前提下，应尽可能降低

浇注温度。

②充型压力

金属液在流动方向上所受的压力越大，则流速越大，充型能力就越好。因此，常采用增加直浇道的高度或人工加压的方法(如：压力铸造、低压铸造等)来提高液态合金的充型

能力。

(4)铸件结构

当铸件的壁厚过小、壁厚急剧变化或有较大的水平面等结构时，会使合金液充型困难。因此，设计铸件结构时，铸件的壁厚必须大于最小允许值；有的铸件则需要设计流动通道；在大平面上设置筋条。这不仅有利于合金液的顺利充型，亦可防止夹砂缺陷的产生。

●合金的铸造性能——合金的偏析

合金的偏析

偏析——在铸件中出现化学成分不均匀的现象。偏析使铸件的性能不均匀，严重时会造成废品。

偏析可分为两大类：微观偏析和宏观偏析。

晶内偏析(又称枝晶偏析)——是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象，是微观偏析的一种。凡形成固溶体的合金在结晶过程中，只有在非常缓慢的冷却条件下，使原子充分扩散，才能获得化学成分均匀的晶粒。在实际铸造条件下，合金的凝固速度较快，原子来不及充分扩散，这样按树枝状方式长大的晶粒内部，其化学成分必然不均匀。为消除晶内偏析，可把铸件重新加热到高温，并经长时间保温，使原子充分扩散。这种热处理方法称为扩散退火。