材料成形原理第2版 教学课件 ppt 作者 吴树森　柳玉起 第2章.ppt

第二章 液态成形中的流动和传热,“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：,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,充型时的两种停止流动方式,（1）窄凝固范围合金——纯金属或结晶温度很窄(如共晶合金） t主要与试样厚度有关（在第4章中描述）,（2）宽凝固范围的合金——结晶温度范围宽 因流动前沿固相太多而停止流动,(1)窄凝固范围的合金,(2)宽凝固范围的合金,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 Fe-C合金状态图与流动性的关系,铸铁的结晶温度范围一般都比铸钢的宽，可是铸铁的流动性比铸钢的好这是由于铸钢的熔点高，钢液的过热度一般都比铸铁的小，维持液态的流动时间就要短，另外，由于钢液的温度高，散热快，很快就析出一定数量的枝晶使钢液失去流动能力 初生晶的形态影响流动性，如果初生晶为树枝晶，对液体金属流动的阻碍就大，如果初生晶强度不高，就不易形成网络而阻碍流动，如果初生晶为园形、方形等形态，对流动的阻碍就小2）结晶潜热 结晶潜热约占液态金属热含量的85%～90％，但是，它对不同类型合金流动性的影响是不同的 纯金属和共晶成分合金在固定温度下凝固，在一般的浇注条件下，结晶潜热的作用能够发挥，是影响流动性的一个重要因素凝固过程中释放的潜热越多,则凝固进行得越缓慢,流动性就越好 对于结晶温度范围较宽的合金，散失约20％潜热后，晶粒就连成网络而阻塞流动，大部分结晶潜热的作用不能发挥,所以对流动性的影响不大。

A1-Si合金的流动性,在共晶成分处并非最大值,而在过共晶区里继续增加,是因为初生硅相块状晶体,有较小的机械强度，不形成坚强的网络，结晶潜热得以发挥硅相的结晶潜热比 a相大三倍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）铸型的温度 预热铸型能减小金属与铸型的温差，从而提高其充型能力 3）铸型中的气体 铸型具有一定的发气能力，能在金属液与铸型之间形成气膜，可减小流动摩擦阻力，有利于充型 3．浇注条件方面的因素 1）浇注温度 浇注温度对液态金属的充型能力有决定性的影响，在一定温度范围内，充型能力随浇注温度的提高而直线上升2）充型压头 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力就越好在生产中，用增加金属液的静压头的方法提高充型能力，也是经常采取的工艺措施其他方式外加压力，例如压铸、低压铸造、真空吸铸等，也都能提高金属液的充型能力 3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，在静压头相同的情况下，充型能力就越降低合金的流动性及流变成形,牛顿流体： 非牛顿流体粘度 ＝f((剪切速率),t(时间)),,半固态流变性 简 介,半固态——指合金在液相线和固相线之间的状态,,,,,,,液相,固相,半固态区,液相+固相,温度 T,a,b,c,Al,Si,Al-Si合金的相图,ab——液相线,ac——固相线,半固态金属的流变性,——半固态金属在流动、变形过程中的力学性质。

通常采用半固态金属的表观粘度来描述之简 介,。