最新流动性与充型能力
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液态金属的充型能力l
l v tvF P1(c 1 *ln T T L k T T 型 型 c 1ln T T 浇 L T T 型 型 ) x
将对数项展开取第一项:
lnTL T型 TL T型 lnT浇T型T浇T型
Tk T型 Tk T型
TL t型 TL T型
并近似地以(TL T型)代替 TkT型
以宽凝固范围的合金为例,时间t分为两个阶段
第一阶段:从浇注温度到液相线温度液态金属流动的时间t1 第二阶段:由液相线温度到停止流动的时间t2
流动时间t=t1+t2
假设: ① 铸型与液态金属接触表面的温度在浇注过程中不变; ② 液态金属在型腔中以等速流动; ③ 液流断面上各点温度是均匀的; ④ 热量按垂直于型壁的方向传导,不考虑对流与辐射。
c 1 *ln T T L k T T 型 型 c 1ln T T 浇 L T T 型 型 k L T c L 1 ( T T 浇 型 T k)
略去x项
lvF1 kLc1(T浇Tk) P TLT型
v 2gH
l2H gF P1kL T cL 1( TT 浇 型 Tk)
四、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施
➢ 初生晶的形态影响流动性,如果初生晶为树枝晶, 对液体金属流动的阻碍就大,如果初生晶强度不 高,就不易形成网络而阻碍流动,如果初生晶为 园形、方形等形态,对流动的阻碍就小。
2)结晶潜热
• 结晶潜热约占液态金属热含量的85%~90%,但是,它 对不同类型合金流动性的影响是不同的。
• 纯金属和共晶成分合金在固定温度下凝固,在一般的浇 注条件下,结晶潜热的作用能够发挥,是影响流动性的 一个重要因素。凝固过程中释放的潜热越多,则凝固进 行得越缓慢,流动性就越好。
流动性与充型能力
一、液态金属的流动性与充型能力
➢ 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,叫做液态金属充填铸型的能力,简称液态金属的 充型能力。液态金属的充型能力首先决定于其本身的流动 能力,同时又受到外界条件如铸型性质、浇注条件、铸型 结构等因素的影响,是各种因素的综合反映。
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。
4)液态金属的粘度
粘度对层流运动的流速影响较大;对紊流运动的 流速影响较小。金属液在浇注系统或试样中的流速, 一般都是紊流运动。粘度的影响是不明显的。在充型 的最后很短的时间内,由于通道面积缩小,或由于液流 中出现液固混合物时,而此时因温度下降粘度显著增 加,粘度对流动性才表现出较大的影响。
式中 TL --合金的液相线温度,℃ T浇--合金的浇注温度,℃
第二阶段(t2) 金属液继续向前流动时开始析出固相,此时热平衡方程式为
(T T 型 )ddA t d1 * V C 1 * d T
式中
* 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ρ*=ρ1
c* 1
--合金在TL到Tk温度范围内的当量比热,近似地取
1: 液态金属的密度,kg/m3
c1: 液态金属的比热,J/kg·℃ : 换热系数,W/m2·℃
dV Fdx F dS Pdx P
式中 F--试样的断面积,m2 P--断面积F的周长,m
dtF1c1 dT P (TT型)
当t=x/v时,T=T浇;T=TL时,t=t1;上式积分后得:
t1
Fρ1c1lnT浇T型Δx Pα TLT型 v
• 对于结晶温度范围较宽的合金,散失约20%潜热后,晶 粒就连成网络而阻塞流动,大部分结晶潜热的作用不能 发挥,所以对流动性的影响不大。
• 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 相大三倍。
➢ 液态金属本身的流动能力称为流动性,它由液态金属的成 分、温度、杂质的含量等决定,与外界因素无关。
➢ 流动性是确定条件下的充型能力。液态合金的流动性好, 其充型能力强;反之其充型能力差。但这可通过外界条件 来提高充型能力。在不利的情况下,由于液态金属充性能力
不好,则可能在铸件上产生"浇不足"、"冷隔"等缺陷。
第一类因素——金属性质方面:1,c1, 1, L, , , T(结晶特点) 第二类因素——铸型性质方面:2,c2, 2, T型,涂料层,透气性
第三类因素——浇注条件方面: T浇,H(压头),外力场 第四类因素——铸件结构方面: 铸件厚度,结构复杂程度(型腔)
l2H gF P1kL T cL 1( TT 浇 型 Tk)
第一阶段(t1) 距液流端部x的dx元段,在dt时间内通过表面积dA散出的热量,等
)dA 于该时间内金属温度下降dT放出的热量,热平衡方程式为 α T 型 (T d t d ρ 1 c 1 d V T
T: dx元段的金属温度,℃ T型: 铸型的初始温度,℃ dA: dx元段与铸型相接触的表面积,m2 t: 时间,s dV: 元段的体积,m3
c1*
c1
kL TL Tk
k --停止流动时液流前端的固相数量 L --合金的结晶潜热,J/kg
dtF1c1* dT P (TT型)
当t=t1时,T=TL; t=t2时,T=Tk, 上式积分后得
t2
F1c1* P
lnTL Tk
T型 T型
液态金属总的流动时间t=t1+t2
tF P1(c1 *ln T T L k T T 型 型 c1ln T T 浇 L T T 型 型 ) v x
这是铸造合金多选用共晶合金或凝固温度范围小的 合金的根本原因。
图 Fe-C合金状态图与流动性的关系
➢ 铸铁的结晶温度范围一般都比铸钢的宽,可是铸 铁的流动性比铸钢的好。这是由于铸钢的熔点高, 钢液的过热度一般都比铸铁的小,维持液态的流 动时间就要短,另外,由于钢液的温度高,散热 快,很快就析出一定数量的枝晶使钢液失去流动 能力。
1. 金属性质方面的因素
1) 合金成分
合金的流动性与其成分之间存在着一定的规律性。 在流动性曲线上,对应着纯金属、共晶成分和金属间 化合物的地方出现最大值,而有结晶温度范围的地方 流动性下降,且在最大结晶温度范围附近出现最小值。 合金成分对流动性的影响,主要是成分不同时,合金 的结晶特点不同造成的。