液体金属的流动与停止流动

• 金属液继续流动，冷的前端在型壁上凝固结壳，图 b)，而后的金属液是在被加热了的沟道中流动，冷 却强度下降。由于液流通过Ⅰ区终点时，尚具有一 定的过热度，将已凝固的壳重新熔化，为第Ⅱ区。 所以，该区是先形成凝固壳，又被完全熔化。
• 第Ⅲ区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区， 在该区的终点金属液耗尽了过热热量。 • 在第Ⅳ区里，液相和固相具有相同的温度： 结晶 温度。由于在该区的起点处结晶开始较早，断面上 结晶完毕也较早，往往在它附近发生堵塞，图c)。
指依靠外力的作用所形成的对流。
一般采取电磁搅拌或机械搅拌的办 法来产生强制对流。通常采用的技术包括： 机械搅拌、电磁搅拌、超声振动等。 浇注时存在液流的冲刷（强制对流） 液流冲刷浇道、型壁及已凝固层的生长界面。
③亚传输过程引起的流动

这主要包括：①在凝固界面上，原子和 分子的扩散产生的结晶流，它又称作界 面流；②液相中的温度梯度导致Soret效 应产生的流动;③液─气界面上温度梯 度或溶质质量分数梯度引起的非均匀分 布的界面张力产生的 Marangoni对流， 该对流是微重力凝固条件下的主要对流 方式。
强烈的紊流作用会使熔体内的成分分布更加均匀。此 外，熔体的流动状态还会显著改变液态金属凝固前沿 中的溶质分布和溶质原子的再分配，从而可对铸件的 凝固组织和成分偏析产生重要影响。
二、液态金属停止流动机理
⒈纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围很窄的合金 停止流动机理
• 在金属的过热量未散失尽以前为纯液态流动，图a)， 为Ⅰ区。

熔体的流动显著增加了形核率。晶粒在数量上的增加带 来晶粒尺寸的细化。
⒊ 液态金属的流动对传热、传质过程的影响
对传热行为的影响
加速液体的传热过程
强迫流动能促进温度的 均匀化和过热的散失
提高液相凝固前沿的温度梯度并促进温度 起伏效应的形成
降低熔体内的温度梯度
对传质行为的影响
提高熔体内溶质原子的传输能力
可将温度差和浓度差看做引起自然对流 的驱动力！
液体在枝晶间流动：枝晶凝固时，发生收缩而产生负压，
液体被吸入枝晶分枝而产生微观流动。
在凝固后期，固相分数较大，渗透率K随体积 分数的减小而迅速减小，流动会变得及其困难。 宽结晶范围内的合金，树枝晶发达，因而容易 形成缩松缺陷，因此要特别注意补缩。
②强迫对流
对流
因凝固收缩引起的流动
浮力流 ：浮力流是最基本、最普遍的对流方式，它是由于凝
固过程中的溶质再分配、传热和传质而引起的液相密度不均匀造成的。 其中密度小的液相将发生上浮，密度大的液相会下沉。
由于温度差引起的对流强度，格拉晓夫数
由于浓度差引起的对流强度，格拉晓夫数
自然对流的速度取决与格拉晓夫数的大小，
⒉液体流动对金属凝固组织的影响

改变柱状晶的生长方向

熔体的流动对柱状晶前沿的溶质富集层产生冲刷作用， 使晶体附近的溶质分布不对称，形成迎流一侧的液相中 溶质原子浓度较低，而背流一侧的溶质原子却浓度较高， 从而会使柱状晶的生长方向发生变化：向迎流一侧倾斜。

促进柱状晶向等轴晶的转化 细化凝固晶粒
液态金属的流动与停止流动
一、液态金属的流动
⒈液体金属流动的形式 在金属凝固过程中，液相流动的形式 主要可分为三类：自然对流、强制对 流 （或强制流动）和亚传输过程引起 的流动。
①自然对流
自然对流是指由于熔体发生局 部的物理性质改变而引起的自发 性对流； 浇注时及浇注完毕后液体存在 自然对流
自然浮Biblioteka 流⒉结晶温度范围很窄宽的合金的停止流动机理
• 对于宽结晶温度范围的合金，在液态金属 的过热热量完全散失之前也是纯液态流动。 • 随流动继续向前，液态金属的温度降至合 金的液相线以下，液流中开始析出晶体， 顺流前进并不断长大。 • 液流前端由于不断与型壁接触，冷却最快， 析出晶粒的数量最多，使金属液的粘度增 大，流速减慢。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。 试验表明，在液态金属的前端析出15~20% 的固相量时，流动就停止。