1、第二章 液態金屬的充型能力2-1 液態金屬充型能力的基本概念2-2 液態金屬停止流動的機理 和充型能力的計算2-3 影響充型能力的因素 及提高充型能力的措施2-1液態金屬充型能力的基本概念n液態金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，稱為液態金屬充填鑄型的能力，簡稱液態金屬的充型能力。n液態金屬充填鑄型一般是在純液態下充滿型腔，也有邊充型邊結晶的情況。如果停止流動出現在型腔被充滿之前，則將造成鑄件“澆不足”的缺陷。2-1液態金屬充型能力的基本概念n同一種金屬用不同的鑄造方法所能鑄造的鑄件最小壁厚不同。同樣的鑄造方法由于金屬不同，所能得到的最小壁厚也不同，如表所示。 鑄造方法金屬種

2、類砂型金屬型熔模殼型壓鑄灰鑄鐵鑄鋼鋁合金3434810340.40.80.510.81.52.50.60.8不同金屬和鑄造方法鑄造的鑄件的最小壁厚（mm）2-1液態金屬充型能力的基本概念n液態金屬的充型能力首先取決于金屬本身的流動能力，同時又受外界條件，如鑄型性質、澆注條件、鑄件結構等因素的影響，是各種因素的綜合反映。n液態金屬本身的流動能力，稱為“流動性”。是金屬的鑄造性能之一；與金屬的成分、溫度、雜質含量及其物理性質有關。n流動性好的鑄造合金充型能力強；流動性差的合金充型能力也就較差，但是，可以通過改善外界條件提高其充型能力。在不利的情況下，由于液態金屬的充型能力不好，則可能在鑄件上產生“

3、澆不足”、“冷隔”等缺陷。 提高澆注溫度 預熱鑄型等2-1液態金屬充型能力的基本概念n液態金屬的流動性是用澆注“流動性”試樣的方法衡量的。在實際中，是將試樣的結構和鑄型性質固定不變，在相同的澆注條下，澆注各種合金的流動性試樣，以試樣的長度或以試樣某處的厚薄程度表示該合金的流動性。n由于影響液態金屬充型能力的因素很多，很難對各種合金在不同的鑄造條件下的充型能力進行比較。所以，常常用上述固定條件下所測得的合金流動性表示合金的充型能力。因此，可以認為合金的流動性是在確定條件下的充型能力。n用螺旋試樣測試流動性1澆口杯2低壩3直澆道4螺旋5高壩6溢流道7全壓井2-3 影響充型能力的因素 及提高充型能力

4、的措施主要從四個方面進行分析：一、金屬性質方面的因素二、鑄型性質方面的因素三、澆注條件方面的因素四、鑄件結構方面的因素一、金屬性質方面的因素1 合金成分 這類因素是內因，決定了金屬本身的流動能力流動性。n合金的流動性與其成分之間存在著一定的規律性。在流動性曲線上，對應著純金屬、共晶成分和金屬間化合物的地方出現最大值，而有結晶溫度范圍的地方流動性下降，且在最大結晶溫度范圍附近出現最小值。 SbCd合金流動性與狀態團的關系金屬間化合物CdSb在過熱度相同時：純鐵的流動性好，隨碳量的增加，結晶溫度范圍擴大，流動性下降。在Wc2.1%附近，結晶溫度范圍最大，在液相線以上過熱度相同的情況下，流動性最差。

5、在亞共晶鑄鐵中，越接近共晶成分，流動性越好，共晶成分鑄鐵的流動性最好。這是因為含碳量越低，結晶溫度范圍越寬，初生奧氏體枝晶就越發達，數量不多的奧氏休枝晶，即足以阻塞液流的流動。共晶鑄鐵的結晶組織比較細小，凝固層的走向平整，流動阻力小，而且共晶成分鐵液澆注溫度低，向鑄型散熱慢，流動時間也較長，所以流動性最好。碳量增加時，亞共晶鑄鐵的液相線溫度下降，在相同的澆注溫度下，鐵液的流動性隨碳量增加而迅速提高。鑄鐵的結晶溫度范圍一般都比鑄鋼的寬，但鑄鐵的流動性卻比鑄鋼的好。這是由于鑄鋼的熔點高，鋼液的過熱度一般都比鑄鐵的小，維持液態的流動時間就要短；另外，由于鋼液的溫度高，在鑄型中散熱速度大，很快就析出一

6、定數量的枝晶，使鋼液失去流動能力。高碳鋼的結晶溫度范圍雖然比低碳鋼的寬，但是，由于液相線溫度低，容易過熱，所以實際流動性并不比低碳鋼差。一、金屬性質方面的因素其它元素對鑄鐵流動性的影響鑄鐵中磷量增加，液相線溫度下降，鐵液粘度下降；由于磷共晶增加，固相線溫度也下降，因此，可以提高流動性。但是，磷量增加使鑄鐵變脆。通常不用增加磷量提高鑄鐵的流動性。 藝術品鑄件一、金屬性質方面的因素其它元素對鑄鐵流動性的影響鑄鐵中硅的作用和碳相似，硅量增加，液相線溫度下降。因此，在同一過熱度下，鑄鐵的流動性隨硅量增加而提高一、金屬性質方面的因素其它元素對鑄鐵流動性的影響錳的質量分數低于0.25時，錳本身對鑄鐵的流動

7、性沒有影響。但是，當含硫量增加時，一方面會產生較多的MnS夾雜物，懸浮在鐵液中，增加鐵液的粘度，另一方面，含S量越高，越易形成氧化膜，致使鐵液流動性降低。 鎳和銅降低鑄鐵的液相線溫度，而稍許提高其流動性，鉻提高液相線溫度而使流動性下降。但是，這些元素在一般含量(質量分數小于1）情況下，對流動性的影響不明顯。一、金屬性質方面的因素其它元素對鑄鐵流動性的影響在化學成分和澆注溫度相同的情況下，稀土鎂球墨鑄鐵的流動性比灰鑄鐵好。這是由于稀土鎂有脫硫、去氣和排除非金屬夾雜物使鐵液凈化的作用，但是原鐵液經球化處理后，溫度下降很多，若原鐵液溫度較低，含硫高，則其流動性比普通鑄鐵要差。一、金屬性質方面的因素對

8、鑄鋼來說：硅的質量分數小于0.6時，提高硅量，鋼液的流動性增加。錳的質量分數小于2時，對鋼液流動性的影響不明顯，在214之間，使流動性提高。鋼液中磷的質量分數超過0.05時，提高其流動性，但使鑄鋼變脆。隨碳量的增加，這種現象更為嚴重。硫能形成難熔的MnS、Al2S3等夾雜物，使流動性下降。鉻的質量分數大于1.5%時，降低鋼液的流動性。鋼的所有元素中，銅最有利于提高其流動性。一、金屬性質方面的因素2 結晶潛熱 這類因素是內因，決定了金屬本身的流動能力流動性。結晶潛熱約占液態金屬熱含量的8590，但是，它對不同類型合金的流動性影響是不同的。純金屬和共晶成分的合金在固定溫度下凝固，在一般的澆注條件下

9、，結晶潛熱的作用能夠發揮，是估計流動性的一個重要因素。凝固過程中釋放的潛熱越多，則凝固進行得越緩慢，流動性就越好。將具有相同過熱度的純金屬澆入冷的金屬型試樣中，其流動性與結晶潛熱相對應：Pb的流動性最差，Al的流動性最好，Zn、Sb、Cd、Sn依次居于中間。一、金屬性質方面的因素2 結晶潛熱 這類因素是內因，決定了金屬本身的流動能力流動性。對于結晶溫度范圍較寬的合金，散失一部分(約20)潛熱后，晶粒就連成網絡而阻塞流動，大部分結晶潛熱的作用不能發揮，所以對流動性影響不大。但是，也有例外的情況：例如在相同的過熱度下AlSi合金的流動性，在共晶成分處并非最大值，而在過共晶區里繼續增加：一、金屬性質

10、方面的因素2 結晶潛熱因為初生相是比較規整的塊狀晶體，且具有較小的機械強度，不形成堅強的網絡，能夠以液固混合狀態在液相線溫度以下流動，結晶潛熱得以發揮。 相的潛熱為141x104Jkg，比 相約大三倍。LL L一、金屬性質方面的因素2 結晶潛熱此外，和亞共晶合金對比，析出相同數量的固相量時，過共晶合金具有較高的實際過熱度。一、金屬性質方面的因素2 結晶潛熱由于較大的結晶潛熱而使流動性在過共晶區繼續增長的情況，據目前的資料，只有鑄鐵(石墨的潛熱為383x104Jkg，比鐵大14倍)、PbSb、AlSi合金。一、金屬性質方面的因素3 金屬的比熱容、密度和導熱系數比熱容和密度較大的合金，因其本身含有

11、較多的熱量，在相同的過熱度下，保持液態的時間長，流動性好。導熱系數小的合金，熱量散失慢，保持流動的時間長；導熱系數小，在凝固期間液固并存的兩相區小，流動阻力小，故流動性好。一、金屬性質方面的因素4 液態金屬的粘度根據水力學分析，粘度對層流運動的流速影響較大，對紊流運動的流速影響較小。實際測得，金屬液在澆注系統中或在試樣中的流速，除停止流動前的階段外都大于臨界速度，是紊流運動。在這種情況下，粘度對流動性的影響不明顯。在充型的最后很短的時間內，由于通道截面積縮小，或由于液流中出現液固混合物時，特別是在此時因溫度下降而使粘度顯著增加時，粘度對流動性才表現出較大的影響。一、金屬性質方面的因素5 表面張

12、力造型材料一般不被液態金屬潤濕，即潤濕角90。故液態金屬在鑄型細簿部分的液面是凸起的，而由表面張力產生一個指向液體內部的附加壓力，阻礙對該部分的充填。所以，表面張力對薄壁鑄件、鑄件的細簿部分和棱角的成形有影響。附加壓頭h在激冷作用較大的鑄型中，可在合金中加入表面活性元素或采用特殊涂料，降低或潤濕角 。如果液態金屬表面上有能溶解的氧化物，如鑄鐵和鑄鋼中的氧化亞鐵，則潤濕鑄型。這時附加壓力是負值，有助于金屬液向細薄部分充填，同時也有利于金屬液向鑄型砂粒之間的孔隙中滲透，促進鑄件表面粘砂的形成。一、金屬性質方面的因素為提高液態金屬的充型能力，在金屬方面可采取以下措施：1正確選擇合金的成分在不影響鑄件

13、使用性能的情況下，可根據鑄件大小、厚簿和鑄型性質等因素，將合金成分調整到實際共晶成分附近，或選用結晶溫度范圍小的合金。對某些合金進行變質處理使晶粒細化，也有利于提高其充型能力。 2合理的熔煉工藝保持原材料和熔煉設備的潔凈多次熔煉的鑄鐵和廢鋼，應盡量減少用量“高溫出爐，低溫澆注”二、鑄型性質方面的因素 1鑄型的蓄熱系數鑄型的蓄熱系數b2表示鑄型從其中的金屬中吸取并儲存于本身中熱量的能力。蓄熱系數b2越大，鑄型的激冷能力就越強，金屬液于其中保持液態的時間就越短，充型能力下降。在金屬型鑄造中，經常采用涂料調整其蓄熱系數b2 。為使金屬型澆口和冒口中的金屬液緩慢冷卻，常在一般的涂料中加入b2很小的石棉

14、粉。在砂型鑄造中，利用煙黑涂料解決大型薄壁鋁鎂合金鑄件的成型問題，已在生產中收到效果。砂型的b2與造型材料的性質、型砂成分的配比、砂型的緊實度等因素有關。二、鑄型性質方面的因素 2鑄型的溫度預熱鑄型能減小金屬與鑄型的溫差，從而提高其充型能力。例如，在金屬型中澆注鋁合金鑄件鑄型溫度由340提高到520，在相同的澆注溫度（760）下，螺旋線的長度由525mm增加到950mm。用金屬型澆注灰鑄鐵時，鑄型的溫度不但影響充型能力，而且影響影響鑄件是否出現白口組織。在熔模鑄造中，為得到清晰的輪廓，殼將型殼加熱到800以上進行澆注。二、鑄型性質方面的因素 3鑄型中的氣體鑄型有一定的發氣能力，能在金屬液與鑄型

15、之間形成氣膜，殼減小流動的阻力，利于充型。濕砂型中的流動性比干砂型好。但是當濕型中的水大于6和煤粉大于7時，由于發氣量過大，在型腔中產生反壓力，充型能力下降。BACK三、澆注條件方面的因素1 澆注溫度澆注溫度對液態金屬的充型能力有決定性的影響，如圖所示。在一定溫度范圍內，充型能力隨澆注溫度的提高而直線上升，超過某界限后，由于金屬吸氣多，氧化嚴重，充型能力的提高幅度越來越小。三、澆注條件方面的因素1 澆注溫度對于薄壁鑄件或流動性差的合金，利用提高澆注溫度改善充型能力的措施，在生產中經常采用，也比較方便。但是，隨著澆注溫度的提高，鑄件一次結晶組織粗大，容易產生縮孔、縮松、粘砂、裂紋等缺陷，必須綜合

16、考慮。根據生產經驗，一般鑄鋼的澆注溫度為15201620，鋁合金為680780。薄壁復雜鑄件取上限，厚大鑄件取下限。灰鑄鐵件的澆注溫度可參考下表的數據。三、澆注條件方面的因素2 充型壓頭液態金屬在流動方向上所受的壓力越大，充型能力就越好。在生產中，用增加金屬液的靜壓頭的方法提高充型能力，是經常采用的工藝措施。其他方式外加壓力，例如壓鑄、低壓鑄造、真空吸鑄等，也都能提高金屬液的充型能力。金屬液的充型速度過高時，不僅要發生噴射和飛濺現象，使金屬氧化和產生“鐵豆”缺陷，而且型腔中的氣體來不及排出，產生反壓力，還造成“澆不足”、“冷隔”缺陷。三、澆注條件方面的因素3 澆注系統的結構澆注系統的結構越復雜

17、，流動阻力越大，在靜壓頭相同的情況下，充型能力九越差。在鋁鎂合金鑄造中，為使金屬流動平穩，常采用蛇形、片狀直澆道，流動阻力大，充型能力顯著下降。在鑄鐵件上常采用的阻流式、緩流式澆注系統也影響金屬液的充型能力。澆口杯對金屬液有凈化作用，但散熱快，使充型能力降低。BACK四、鑄件結構方面的因素1 折算厚度(換算厚度、當量厚度、模數)衡量鑄件結構特點的因素是鑄件的折算厚度和復雜程度，它們決定了鑄型型腔的結構特點。如果鑄件的體積相同，在同樣的澆注條件下，折算厚度大的鑄件，由于它與鑄型的接觸表面積相對較小，熱量散失比較緩慢，則充型能力較高。鑄件的壁越薄，折算厚度就越小，就越不容易被充滿。n鑄件壁厚相同時，若對鑄型中水平壁和垂直壁進行比較，則垂直壁容易充滿，如圖所示。因此，對薄壁鑄件應正確選擇澆注位置。鑄鋼，澆注溫度1550四、鑄件結構方面的因素2 鑄件的復雜程度鑄件結構復雜，厚薄部分過渡面較多。則型腔結構復雜，流動阻力大，鑄型的