材料成形原理（第3版）第2章.pptVIP

第二章　液态成形中的流动与传热 主编：吴树森，柳玉起 （华中科技大学材料学院） 机械工业出版社 “流动性”——液体金属本身的流动能力 由液态金属本身的成分、温度、杂质含量等决定，与外界因素无关。 流动性测试方法：螺旋线成长度法等 充型能力 充型能力与流动性、铸件结构、浇注条件及铸型等诸多条件有关。 §2-1 流动性及充型能力 一、液态金属流动性及充型能力的基本概念 “流动性”是液态金属本身的流动能力，由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。 液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又与外界条件密切相关，是各种因素的综合反应。 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。 液态合金的流动性可用试验的方法，即浇注螺旋流动性试样或真空流动性试样来衡量。 二、液态金属停止流动的机理 以纯铝和A1—5％Sn两种金属浇注流动性试样。A1—5％Sn合金的结晶温度范围约为430℃。 纯金属流动性试样的宏观组织是柱状晶，试样的末端有缩孔，这说明液态金属停止流动时，其末端仍保持有热的金属液。停止流动的原因，是末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱状晶相接触，金属的流动通道被堵塞。 A1—5％Sn合金流动性试样的宏观组织是等轴晶，离入口处越远，晶粒越细，试样前端向外突出。由此可以判断，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，便结成一个连续的网络，发生堵塞，停止流动。 合金的结晶温度范围越宽，枝晶就越发达，液流前端析出少量固相，即在较短的时间，液态金属便停止流动。在液态金属的前端析出15～20％的固相量时，流动就停止。 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及提高充型能力的措施 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) 三. 影响充型能力的因素分析 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。 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2-5 Pb-Sn合金流动性与成分之间的关系图 图2-6 Al-Si合金流动性与成分及过热温度的关系 （2）结晶潜热 L越大，充型 能力越好 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. 5）表面张力 造型材料一般不被液态金属润湿，即润湿角θ＞90’。故液态金属在铸型细薄部分的液面是凸起的，而由表面张力产生一个指向液体内部的附加压力，阻碍对该部分的充填。所以，表面张力对薄壁铸件、铸件的细薄部分和棱角的成形有影响。型腔越细薄，棱角的曲率半径超小，表面张力的影响则越大。 2．铸型性质方面的因素 铸型的阻力影响金属液的充型速度；铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。可通过调整铸型性质来改善金属的充型能力。 1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从金属吸取并储存热量在本身中的能力。铸型吸取较多的热量而本身的温升较小，使金属与铸型之间在较长时间内保持较大的温差。 经常采用涂料调整铸型的蓄热系数和导热系数. 2）铸型的温