第二章 液态金属的充型能力
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T Tm TL Tk ln L Tk Tm Tk Tm
1
TL Tk
TL Tk TL Tk Tk Tm TL Tm
kL C C1 TL Tk
1
TL Tk kL C1 TP Tk C TL Tm T LTm
l vt 2 gH
第二章 液态金属的充型能力
充型对铸件质量的影响：
浇不足、冷隔、砂眼、铁豆、抬箱、卷入性气体、夹砂等缺陷。
充型能力 得到完整的铸件
浇注系统设计
与铸型的机械、物理与化学的作用
§2-1 液态金属充型能力的基本概念
一、基本概念
1.充型能力
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。 2.浇不足的概念 液态金属停止流动出现在型腔被充满之前，造成铸件不能得到完整的轮廓，这 种缺陷称为浇不足。 3.冷隔 由于铸型中金属流会合处金属熔合不完善或金属不连续的一种铸造缺陷。
F1 kL C1 TP Tk x p T LTm
x 相对 l 而言很小，可以忽略
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm
k：停止流动时液流前端 的固相量
C1：为合金 L到Tk 温度范围内的当量比热 J / kg℃ T 容，
4.金属的流动性 液态金属本身的流动能力，称为流动性。
二、流动性、充型能力及铸造缺陷的关系
流动性好，排气排杂，净化金属，还可以凝固后补缩 流动性不好，充型能力弱，浇不足和冷隔，夹杂夹气
三、不同合金及造型方法对金属充型能力的影响 不同金属和不同合金铸造方法铸造的铸件最小壁厚
铸造方法
最小壁厚/mm
金属种类
砂型
金属型 熔模 壳型
压铸
灰铸铁
3
>4
0.4~0.8
0.5~1. 5 2.5
---
铸钢
4
8~10
0.5~1
---
铝合金
3
3~4
---
---
0.6~0.8
四、液态金属流动性测试方法
浇注螺旋流动性试样
测试方法
真空流动性试样
§2-2 液态金属的停止流动机理及充型能力的计算
一、液态金属的停止流动机理 1.窄结晶合金停止流动机理
1：合金在TL到Tk (停止流动温度)温度范围内的密度，
近似地取 1＝ 1
边界条件:
t t ' 时，T TL；t t k 时，T Tk
TL Tm F1C t'' t t' ln p Tk Tm
1
TP Tm TL Tm x F1 C1 ln t t ' t ' ' C1 ln p TL Tm Tk Tm v
液态金属的充型能力：
TP Tm TL Tm vF 1 C 1 ln l vt C 1 ln p TL Tm Tk Tm
x
v 2gH
ln x x 1
TP Tm TP TL ln TL Tm TL Tm
宽结晶合金 液态金属充型能力 纯金属与共晶
假设条件：1.自进入型腔直至停止流动的时间内，型腔与液态金属 的接触表面温度不变；2.液态金属在型腔中以等速流动；3.流体横 断面上各点温度是均匀分布的；4.热量只按垂直于型壁的方向传导， 表面无辐射，沿液流方向无对流。
停止流动两个时间阶段： 1.从开始温度到液相线温度所需的时间， 即过热热量散失时间t’ 2.从液相线温度到凝固停止时间， 即凝固开始到停止流动时间t’’ 总的时间：t＝t’＋t’’
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm 浇注温度
3.浇注条件
充型压头 浇注系统的结构
影响充型能力 的因素
折算厚度（模数）
4.铸件结 构方面
V (铸件的体积 ) F (铸件的断面面积 ) M S (铸件的散热表面积 P (铸件的断面周长 ) )
பைடு நூலகம்
L：合金的结晶潜热， / g carl
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm 合金成分 结晶潜热 合金的比热容、密度和 换热系数 1.合金性质
液态金属的粘度 表面张力
§2-3 影响充型能力的因素
影响充型能力的因素
铸型的蓄热系数 2.铸型性质 铸型的温度 铸型中的气体
铸件的复杂程度
合金成分
Fe－C合金流动性与含C量的关系
提高充型金属方面可采取的措施:
1.不影响性能的情况下，将合金尽量调整 到共晶成分附近 2.高温出炉，低温浇注
纯金属和共晶成分的合金， 由于是在恒温下进行结晶， 液态合金从表层逐渐向中 心凝固，固液界面比较光 滑，对液态合金的流动阻 力较小，同时，共晶成分 合金的凝固温度最低，可 获得较大的过热度，推迟 了合金的凝固，故流动性 最好；其它成分的合金是 在一定温度范围内结晶的， 由于初生树枝状晶体与液 体金属两相共存，粗糙的 固液界面使合金的流动阻 力加大，合金的流动性大 大下降，合金的结晶温度 区间越宽，流动性越差。
§2-4 本章小结
1. 基本概念 充型能力、浇不足、冷隔 2.充型能力对铸件的影响 3.充型能力的计算
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm
4.影响充型能力的因素 合金性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构 5.两种充型停止流动机理
末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱 状晶相接触，金属的流通道被堵塞。
液态金属的停止 流动机理
2.宽结晶合金停止流动机理
液态金属的停止 流动机理
液态金属的温度是沿程下降的，液流前端冷 却最快，首先结晶，当晶体达到一定数量时， 变结成了一个连续的网状，发生堵塞，停止 流动。
二、液态金属充型能力的计算
第一阶段液态金属的流动时间t‘的求 解：距液流端部△x的dx元段，在dt 时间内通过表面积dA所散发的量， 等于该时间内液态金属温度下降dT 放出的热量
T Tm dSdt dV 1C1dT
T：为dx元段的金属温度，℃; Tm：为铸型的初始温度，℃; dS：为dx元段与型腔接触的表面面积，m 2 dV：为dx元段的体积，m3 ; t：为时间，s;
TL： 合 金 液 相 线 温 度 ， ℃ TP： 合 金 浇 注 温 度 ， ℃ F： 试 验 的 断 面 积 ， 2 m P： 试 验 的 断 面 积 周 长 m ，
第二阶段t’’，金属液继续向前流动时开始析出固相， 热平衡方程式：
T Tm dSdt dV C dT
1 1
1：为液体金属的密度，kg / m3 ;
C1：为液态金属的比热容，J / kg℃
：为热换系数，W / m 2℃
dV F dx F dS P dx P
F 1C1 dT dt p T Tm
x 当t 时, T T p ;T TL 时 ，t t ' v
F 1C1 TP Tm x t ln P TL Tm v
1
TL Tk
TL Tk TL Tk Tk Tm TL Tm
kL C C1 TL Tk
1
TL Tk kL C1 TP Tk C TL Tm T LTm
l vt 2 gH
第二章 液态金属的充型能力
充型对铸件质量的影响：
浇不足、冷隔、砂眼、铁豆、抬箱、卷入性气体、夹砂等缺陷。
充型能力 得到完整的铸件
浇注系统设计
与铸型的机械、物理与化学的作用
§2-1 液态金属充型能力的基本概念
一、基本概念
1.充型能力
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。 2.浇不足的概念 液态金属停止流动出现在型腔被充满之前，造成铸件不能得到完整的轮廓，这 种缺陷称为浇不足。 3.冷隔 由于铸型中金属流会合处金属熔合不完善或金属不连续的一种铸造缺陷。
F1 kL C1 TP Tk x p T LTm
x 相对 l 而言很小，可以忽略
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm
k：停止流动时液流前端 的固相量
C1：为合金 L到Tk 温度范围内的当量比热 J / kg℃ T 容，
4.金属的流动性 液态金属本身的流动能力，称为流动性。
二、流动性、充型能力及铸造缺陷的关系
流动性好，排气排杂，净化金属，还可以凝固后补缩 流动性不好，充型能力弱，浇不足和冷隔，夹杂夹气
三、不同合金及造型方法对金属充型能力的影响 不同金属和不同合金铸造方法铸造的铸件最小壁厚
铸造方法
最小壁厚/mm
金属种类
砂型
金属型 熔模 壳型
压铸
灰铸铁
3
>4
0.4~0.8
0.5~1. 5 2.5
---
铸钢
4
8~10
0.5~1
---
铝合金
3
3~4
---
---
0.6~0.8
四、液态金属流动性测试方法
浇注螺旋流动性试样
测试方法
真空流动性试样
§2-2 液态金属的停止流动机理及充型能力的计算
一、液态金属的停止流动机理 1.窄结晶合金停止流动机理
1：合金在TL到Tk (停止流动温度)温度范围内的密度，
近似地取 1＝ 1
边界条件:
t t ' 时，T TL；t t k 时，T Tk
TL Tm F1C t'' t t' ln p Tk Tm
1
TP Tm TL Tm x F1 C1 ln t t ' t ' ' C1 ln p TL Tm Tk Tm v
液态金属的充型能力：
TP Tm TL Tm vF 1 C 1 ln l vt C 1 ln p TL Tm Tk Tm
x
v 2gH
ln x x 1
TP Tm TP TL ln TL Tm TL Tm
宽结晶合金 液态金属充型能力 纯金属与共晶
假设条件：1.自进入型腔直至停止流动的时间内，型腔与液态金属 的接触表面温度不变；2.液态金属在型腔中以等速流动；3.流体横 断面上各点温度是均匀分布的；4.热量只按垂直于型壁的方向传导， 表面无辐射，沿液流方向无对流。
停止流动两个时间阶段： 1.从开始温度到液相线温度所需的时间， 即过热热量散失时间t’ 2.从液相线温度到凝固停止时间， 即凝固开始到停止流动时间t’’ 总的时间：t＝t’＋t’’
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm 浇注温度
3.浇注条件
充型压头 浇注系统的结构
影响充型能力 的因素
折算厚度（模数）
4.铸件结 构方面
V (铸件的体积 ) F (铸件的断面面积 ) M S (铸件的散热表面积 P (铸件的断面周长 ) )
பைடு நூலகம்
L：合金的结晶潜热， / g carl
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm 合金成分 结晶潜热 合金的比热容、密度和 换热系数 1.合金性质
液态金属的粘度 表面张力
§2-3 影响充型能力的因素
影响充型能力的因素
铸型的蓄热系数 2.铸型性质 铸型的温度 铸型中的气体
铸件的复杂程度
合金成分
Fe－C合金流动性与含C量的关系
提高充型金属方面可采取的措施:
1.不影响性能的情况下，将合金尽量调整 到共晶成分附近 2.高温出炉，低温浇注
纯金属和共晶成分的合金， 由于是在恒温下进行结晶， 液态合金从表层逐渐向中 心凝固，固液界面比较光 滑，对液态合金的流动阻 力较小，同时，共晶成分 合金的凝固温度最低，可 获得较大的过热度，推迟 了合金的凝固，故流动性 最好；其它成分的合金是 在一定温度范围内结晶的， 由于初生树枝状晶体与液 体金属两相共存，粗糙的 固液界面使合金的流动阻 力加大，合金的流动性大 大下降，合金的结晶温度 区间越宽，流动性越差。
§2-4 本章小结
1. 基本概念 充型能力、浇不足、冷隔 2.充型能力对铸件的影响 3.充型能力的计算
F 1 kL C 1 TP Tk l vt 2 gH p T LTm
4.影响充型能力的因素 合金性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构 5.两种充型停止流动机理
末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱 状晶相接触，金属的流通道被堵塞。
液态金属的停止 流动机理
2.宽结晶合金停止流动机理
液态金属的停止 流动机理
液态金属的温度是沿程下降的，液流前端冷 却最快，首先结晶，当晶体达到一定数量时， 变结成了一个连续的网状，发生堵塞，停止 流动。
二、液态金属充型能力的计算
第一阶段液态金属的流动时间t‘的求 解：距液流端部△x的dx元段，在dt 时间内通过表面积dA所散发的量， 等于该时间内液态金属温度下降dT 放出的热量
T Tm dSdt dV 1C1dT
T：为dx元段的金属温度，℃; Tm：为铸型的初始温度，℃; dS：为dx元段与型腔接触的表面面积，m 2 dV：为dx元段的体积，m3 ; t：为时间，s;
TL： 合 金 液 相 线 温 度 ， ℃ TP： 合 金 浇 注 温 度 ， ℃ F： 试 验 的 断 面 积 ， 2 m P： 试 验 的 断 面 积 周 长 m ，
第二阶段t’’，金属液继续向前流动时开始析出固相， 热平衡方程式：
T Tm dSdt dV C dT
1 1
1：为液体金属的密度，kg / m3 ;
C1：为液态金属的比热容，J / kg℃
：为热换系数，W / m 2℃
dV F dx F dS P dx P
F 1C1 dT dt p T Tm
x 当t 时, T T p ;T TL 时 ，t t ' v
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