材料加工原理第2章-液态金属.ppt

* 冶炼正常的合金液，不润湿型壁，有助于防止机械粘沙。但对于薄壁，棱角处，需要克服附加压头。 * 3．液膜拉断临界力及表面张力对凝固热裂的影响 在凝固的后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将其两侧的晶体紧紧地吸附在一起，液膜厚度越小，其吸附力量就越大。 设液膜为圆柱体的部分凹面，由于表面张力的作用，始终存在着一个与外力方向相反的应力与之相平衡，其大小为： 当 r = T/2 时，fmax =Δp达临界值，如果继续将液膜拉开，则曲率半径 r 将再度变大，而应力Δp 将要变小。在这种情况下，凝固收缩引起的拉应力将大于由表面张力所产生的应力，使液膜两侧的固体急剧分离。 * 液膜的拉断临界应力fmax大小为： 对于σ=1g/cm的金属来说，如果液膜厚度为10-6mm时，要将液膜两侧的晶粒拉开所需应力为2×103 N/mm2！液膜拉断时若无外界液体补充，那么晶粒间或枝晶间便形成了凝固热裂纹。可见，液膜的表面张力越大，液膜越薄，则液膜的拉断临界应力fmax越大，裂纹越难形成。 第一种情况：凝固的早期，或者靠近液体的两相区内，液膜与大量未凝固的液体相通，此时液膜两侧的固体枝晶拉开多少，液体补充进去多少，因此不会产生热裂。 * 第二种情况：液膜已经与液体区隔绝，但是由于低熔点物质的大量存在（如钢中的硫共晶），形成大的液膜厚度和低的表面张力，将使液膜的最大断裂应力 fmax 减小，且熔点低而凝固速度较慢，这样，厚的液膜将会长时间地保持下去，在此期间，如果有大的拉伸速度，则往往要产生热裂。 第三种情况：液膜虽已与液体区隔绝，但由于液膜中低熔点杂质较少，其表面张力较高，熔点也相应较高而凝固速度较快，液膜迅速变薄，此时如果液膜两侧的固体枝晶受到拉力，将会遇到大的 f max 的抗力，这种抗力将使高温固体内部产生蠕变变形，从而避免了热裂的产生。 * 第四节 液态金属的充型能力 一、 液态金属充型能力的基本概念 二、 影响充型能力的因素 * 液态金属充型能力 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，即液态金属充填铸型的能力，是设计浇注系统的重要依据之一； 充型能力弱，则可能产生浇不足、冷隔、砂眼、铁豆，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。 * 液态金属的充型能力取决于： 内因 —— 金属本身的流动性 外因 —— 铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。 表1-4 不同金属和不同铸造方法的铸件最小壁厚 金属种类 铸 件 最 小 壁 厚 （mm） 砂 型 金 属 型 熔模铸造 壳 型 压 铸 灰 铸 铁 3 4 0.4-0.8 0.8-1.5 -- 铸 钢 4 8-10 0.5-1.0 2.5 -- 铝 合 金 3 3-4 -- -- 0.6-0.8 * 合金的螺旋形流动性实验 在相同的条件下浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。 * 液态金属停止流动机理与充型能力 图a 纯金属、共晶成分合金及结晶温度 图b 宽结晶温度合金停止 很窄的合金停止流动机理示意图 流动机理示意图 前端析出15~20％的固相量时，流动就停止。 充型能力强 充型能力的计算 充型过程：液体金属的非稳定的流动过程 l = v t 主要是计算流动时间t 充型能力示意图 流动时间t＝t1+t2 (1)t1过热温度流动段 (2)t2凝固开始到停止流动时间段 充型能力——流动长度l = v t * 影响充型能力的因素 1. 金属性质方面的因素（流动性的高低） 2. 铸型性质方面的因素 3. 浇注条件方面的因素 * 1. 金属性质方面的因素 纯金属、共晶和结晶温度范围窄的合金：在固定的凝固温度下，已凝固的固相层由表面逐步向内部推进，固相层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小，合金液流动时间长，所以流动性好，具有宽结晶温度范围的合金流动性不好； 结晶潜热（约为液态金属热量的85~90%）：对于纯金属、共晶和结晶温度范围窄的合金，放出的潜热越多，凝固过程进行的越慢，流动性越好，因此潜热的影响较大，对于宽结晶温度范围的合金潜热对流动性影响不大。 合金液的比热、密度越大，导热系数越小, 充型能力越好； 合金液的粘度，在充型过程前期（属紊流）对流动性的影响较小，而在充型过程后期凝固中（属层流）对流动性影响较大。 例：Fe-C合金流动性与成分的关系 * 2、铸型性质方面的因素： 铸型的蓄热系数 b2越大，铸型的激冷能力就越强，