铸造工程基础资料
2.3 金属的凝固
2.3.2 金属的凝固 方式 1.
铸件的凝固时间 solidification Time
2 . 凝固方式
1) 逐层凝固方式
2)体积凝固方式
3)中间凝固方式
3.决定凝固区域宽度的因素
铸件断面凝固区域的宽度是由合金的结晶温度范围和 温度梯度两个量决定的。铸件的温度梯度主要取决于: (1)合金的性质: 合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶
5
铸型的蓄 热系数
6 铸型温度
铸型从其中的 金属吸取并存 储在本身中热 量的能力
铸型在浇注时 的温度
蓄热系数愈大,铸型的激冷能力就愈 强,金属液于其中保持液态的时间就 愈短,充型能力下降
温度愈高,液态金属与铸型的温差就 愈小,充型能力愈强
7 浇注系统 各浇道的结构 结构愈复杂,流动阻力愈大,充型能
第二章 铸造成形理论基础
2.1液态金属的特性 Melt Solidification
1. 液态金属的结构与性质
• 液态金属由许多近程有序排列的“游动 的原子集团”所组成,瞬间存在、瞬间消失。 • 原子的排列和原有的固体相似 • 存在很大的能量起伏,热运动很强 • 温度越高,原子集团越小,游动越快。
2、铸型的温度场的数值法——数值模拟
3、铸型的温度场的实测法
三)影响铸型的温度场的因素
2.2.2 金属的充型能力
(1)充型能力的概念(流动性)
液态合金充满型腔,形成轮廓清晰、形状正确 的优质铸件的能力。
(2)充型能力的影响因素
充型能力首先取决于金属液本身的流动能力
2.液态金属属性
• 粘度 是介质中一部分质点对另一部分质点
作相对运动时所受到的阻力。
粘度的倒数称为流动性。
• 表面张力 是在液体表面上平行于表面方向、且
在各方向均相等的张力。
2.2 金属的充型
2.2.1 铸件与铸型的热交换
2.2.2 铸件的温度场:物质系统内各个点上温 度的集合称为温度场
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
4) 改善充型能力的措施
a. 合金性质properties of alloys.
b. 铸型条件 mould condition
铸型的导热速度越大或对金属液流动阻力越大,流动性 越差。
二)铸型的温度场的计算
1、铸型的温度场的数值计算——解析法
铸型的温度场可由傅立叶导热微分方程给出
t
(
2t x 2
2t y 2
2t z 2
)
2t
2t
2t x 2
2t y 2
2t z 2
为拉普拉斯算子,
为导温系数
(m2 / s) 导热系数
比热
c
密度
导温系数亦称热扩散率
表示温度变化的速率
2.3.3 合金的收缩
1. 合金的收缩及影响因素 1) 收缩
的结构
复杂情况
力愈差
8 铸件的折 铸件体积与表 折算厚度大,散热慢,充型能力好
算厚度
面积之比
9 铸件复杂 铸件结构复杂 结构复杂,流动阻力大,铸型充填大,铸型的激冷能力就越强,金属液于其中保持液态的 时间就越短,充型能力下降。
金属型(铜、铸铁、铸钢等)的蓄热系数b2是砂型的十倍或 数十倍以上,为了使金属型浇口和冒口中的金属液缓慢冷却,常 在一般的涂料中加入b2很小的石棉粉。
铸钢:w C =0.4%
铸型材料 浇注温度(℃) 螺旋线长度(mm)
砂型 砂型 砂型
砂型
金属型
砂型
砂型 砂型
1300 1300 1300
1100
700
1040
1600 1640
1800 1000 600
1000
750
420
100 200
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
浇注温度愈高,充型能力愈强
3 充型压力
4
铸型中的 气体
金属液体在流 动方向上所 受的压力
浇注时因铸型 发气而形成 在铸型内的 气体
压力愈大,充型能力愈强。但压力过 大或充型速度过高时,会发生喷射、 飞溅和冷隔现象
能在金属液与铸型间产生气膜,减小 摩擦阻力,但发气太大,铸型的排 气能力又小时,铸型中的气体压力 增大,阻碍金属液的流动
c. 浇注条件 pouring condition
浇注温度越高,流动性越好 充型压头越大,则液态金属的充型能力越好; 浇注系统(直浇道、横浇道、内浇道)的复杂程度, 铸件的壁厚与复杂程度等也会影响液态金属的充型能力。
d.铸件结构 casting structure
壁厚过小、壁厚急剧变化、结构复杂及有大的水平面 等结构时,都使金属液的流动困难。
潜热愈大,铸件内部温度均匀化能力愈大、而铸型的激 冷作用变小,故温度梯度小(如多数铝合金); (2) 铸型的蓄热能力: 铸型蓄热能力愈强,激冷能力愈强,
铸件温度梯度愈大; (3) 浇注温度: 浇注温度愈高,因带入铸型中热量增多,
铸件的温度梯度减小。
4. 铸件的凝固原则 solidification Principle
——内因,
同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构
等因素的影响。
——外因
影响充型能力的因素和原因
序 影响因素 号 1
合金的流 动性
2 浇注温度
定义
液态金属本身 的流动能力
浇注时金属液 的温度
影响原因
流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而 复杂的铸件;有利于非金属夹杂物 和气体的上浮和排除;易于对铸件 的收缩进行补缩
湿砂型的b2是干砂型的2倍左右,砂型的b2与造型材料的性 质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。
(3)评定方法
合金的流动性好坏用浇注螺旋型流动试样的长度来衡量。
常用合金的流动性
铸造合金
灰铸 铁
w (C+Si) =6.2% w (C+Si) =5.2% w (C+Si) =4.2%
硅黄铜
铝硅合金 锡青铜
1)顺序凝固原则:Directional Solidification
在铸件上从远离 冒口或浇口到冒口或 浇口之间建立一个递 增的温度梯度,从而 实现由远离冒口的部 分向冒口的方向顺序 地凝固。
2)同时凝固原则:Simultaneously Solidification
是采取工艺措施 保证铸件结构上 各部分之间没有 温差或温差尽量 小,使各部分同 时凝固。