液态金属的流动性与充型能力电子教案

dtF1c1 dT P (TT型)
当t=x/v时，T=T浇；T=TL时，t=t1；上式积分后得：
t1FPρ1αc1lnTT浇 LTT型 型Δvx
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
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
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)
假设以某成分合金浇注一水平棒形试样，合金的充型能力以l表示。
l=vt
主要是计算流动时间t
V: 在静压头H作用下液态金属在型腔中的平均流速 t: 液态金属自进入型腔到停止流动的时间
由流体力学原理可知
v 2gH
H :液态金属的静压头，
:流速系数
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
• 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。
三、液态金属充型能力的计算
液态金属是在过热情况下充填铸型的，与铸型之间发生着强烈的热 交换，是一个不稳定传热过程，因此，液态金属对铸型的充填也是 一个不稳定的流动过程。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
c* 1
--合金在TL到Tk温度范围内的当量比热，近似地取
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
• 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)。
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。
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
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
• 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。
常用合金的流动性(试样截面8mm×8mm)
二、液态金属停止流动机理
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。
• 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。
流动性对于排除液体金属中的气体和杂质，凝固过程中的补 缩，防止开裂，获得优质的液态成形产品，有着重要的影响。 液态金属的流动性越好，气体和杂质越易于上浮，使金属液 得以净化。良好的流动性有利于防止缩松、热裂等缺陷的出 现。液态金属的流动性越好，其充型能力就越强，反之其充 型能力就差。一般来说，液态金属的粘度越小，其流动性就 越好，充型能力越强。
1.§2.1 液态金属的流动性与充型能力
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。
略去x项
lvF1 kLc1(T浇Tk) P TLT型
v 2gH
l2H gF P1k
L c1(T浇Tk) TLT型
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
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
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。
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
➢ 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。