液态金属的结构与性质课件.ppt

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1、1.1 液态金属的结构 1.2 液态合金的性质1.3 液态金属的充型能力第一章 液态金属的结构与性质精品课件精品课件1.1 液态金属的结构1、液体与固体、气体结构比较及衍射特征2、由物质熔化过程认识液体结构3、液态金属结构的理论模型 4、实际金属的液态结构 精品课件精品课件气态结构 液态结构 固态结构一、气体、液体、固体的衍射特征气体、液体、固体的结构特点固态结构：平移、对称性特征（长程有序）气态结构：完全无序为特征液体：长程无序(不具备平移、对称性)近程有序(“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的有序性)精品课件精品课件液态金属的衍射结构参数 偶分布函数 g(r)平均原子间

2、距 r1 径向分布函数 配位数 N1一、气体、液体、固体的衍射特征精品课件精品课件偶分布函数 g(r)物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为 r 位置的原子数密度(r)对于平均数密度o（=N/V）的相对偏差 (r)=o g(r)气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征精品课件精品课件气体液体晶体精品课件精品课件平均原子间距 r1：对液体（或非晶固体），对应于g(r)第一峰的位置 r=r1 表示参考原子至其周围第一配位层各原子的平均原子间距精品课件精品课件 径向分布函数 RDF：(radical distribution fu

3、nction）RDF =4r 2o g(r)表示在 r 和 r+dr 之间的球壳中原子数的多少。稍高于熔点时液态碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）的径向分布函数(RDF)精品课件精品课件RDF 第一峰之下的积分面积即所谓配位数 N1 RDF=4r2og(r),atoms/r,（精品课件精品课件求法：RDF第一峰之下的积分面积；意义：N1 与 r1 均描绘了液体的原子排布情况配位数N1：参考原子周围最近邻（即第一壳层）的原子数精品课件精品课件CrystalMatter StructureTypeTm(K)Vm /Vs(%)Sm(J.K-1.mol-1)Nabcc3702.67.03Scbcc3

4、022.66.95Febcc/fcc18093.67.61Alfcc9316.911.6Agfcc12343.519.16Cufcc13563.969.71Mghcp9242.959.71Znhcp6924.0810.7Sncomplex5052.413.8Gacomplex303-2.918.5N2-63.17.52.7Ar-83.7814.43.36CH4-90.678.72.47表1-1 金属熔化时典型的体积变化Vm/VS表明液体原子间距接近于固体二、由物质熔化过程认识液体结构精品课件精品课件(Hb/ElementTm(0C)Hm(kcal/mol)Tb(0C)Hb(kcal/mol)H

5、b/HmAl6602.50248069.627.8Au10633.06295081.826.7Cu10833.11257572.823.4Fe15363.63307081.322.4Zn4201.7390727.516.0Cd3211.5376523.815.6Mg6502.08110332.015.4表1-2 几种晶体物质的熔化潜热（Hm）和气化潜热(Hb)表明熔化时只有部分原子键被破坏精品课件精品课件三、液态金属结构的理论模型（自学部分）（一）无规密堆硬球模型（二）液态金属结构的晶体缺陷模型（三）液体结构及粒子间相互作用的理论描述精品课件精品课件（一）无规密堆结构中五种多面体间隙三角棱柱多

6、面体三角棱柱多面体阿基米德反棱柱多面体阿基米德反棱柱多面体四方十二面体四方十二面体四面体四面体八面体八面体精品课件精品课件微晶模型：液态金属有很多微小晶体和面缺陷组成，在微晶体中金属原子或离子组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间以界面相连接（二）、液体的缺陷模型精品课件精品课件空穴模型：金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的空位，从而使液态金属的微观结构失去了长程有序性。大量空位的存在使液态金属易于发生切变，从而具有流动性。随着液态金属温度的提高，空位的数量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小位错模型：液态金属可以看成是一种被位错芯严重破坏的点阵结构。在特定的温度以上，在低温条件下不含位错的固体

7、点阵结构由于高密度位错的突然出现而变成液体。精品课件精品课件“能量起伏”原子间能量不均匀性“结构起伏”液体中大量不停“游动”着的局域有序原子团簇时聚时散、此起彼伏“浓度起伏”同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异。四、液态金属的结构特征精品课件精品课件概述1.2 液态金属的性质当液态金属在外力作用下流动时，由于分子间存在内聚力，因此使液体内部产生内摩擦力，以阻碍液层间的相对滑动。液体的这种性质成为粘滞性，用黏度表征液态金属的黏度对反应速度、气体和杂质的排出、流动性等有重要影响，因此黏度关系到铸件的

8、成形质量精品课件精品课件外力作用于液体表面各原子层速度 一、液态金属的粘度 1.定义 粘度系数2.物理意义：反映液体内摩擦的大小精品课件精品课件运动粘度为动力粘度除以密度，即：运动粘度 适用于较大外力作用下的水力学流动，此时由于外力的作用，液体密度对流动的影响可以忽略。动力粘度 在外力作用非常小的情况下适用，如夹杂的上浮过程和凝固过程中的补缩等均与动力粘度系数有关。精品课件精品课件粘度数学模型K b Bolzmann常数；U 无外力作用时原子之间的结合能0 原子在平衡位置的振动周期（对 液态金属约为10-13秒）液体各原子层之间的间距2.粘度的影响因素粘度随原子间结合能U按指数关系增加液体的原

9、子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高；粘度随原子间距增大而降低（成反比）实际金属液的原子间距也非定值，温度升高，原子热振动加剧，原子间距增大，随之下降；黏度本质：原子间结合力精品课件精品课件与温度T的关系受两方面，总的趋势随温度 T而下降（见图1-9）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响非金属夹杂物的数量、状态和分布情况对合金液粘度的影响精品课件精品课件 温度对粘度的影响图19 液体的粘度与温度的关系 a）液态镍 b）液态钴 精品课件精品课件 M-H（Moelwyn-Hughes）模型：1纯溶剂的粘度；2溶质的粘度；X1、X2 分别为纯溶剂和溶质的在溶液中的mole分数，R为气

10、体常数，Hm 为两组元的混合热。合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响精品课件精品课件合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响若混合热Hm为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升（Hm为负值表明反应为放热反应，异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高）表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高若溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，因为合金液中存在异类原子间较强的化学结合键精品课件精品课件非金属夹杂物对合金液粘度的影响非金属夹杂物的数量、状态和分布情况在不同程度上影响合金液的粘度。液态合金中呈固态的非金属夹杂物使液态

11、金属的黏度增加，如钢中的硫化锰、氧化铝、氧化硅等。主要是因为夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体系，液相流动时内摩擦力增加，夹杂物越多，对黏度影响越大。但是，有些熔点低的杂质在液态金属中呈熔融状态，反而会使该液态金属的黏度降低。精品课件精品课件3.黏度在材料成形中的作用和意义:黏度对液态金属充型速度的影响流体的流动状态由雷诺数Re来决定，当Re2320时，流体以紊流方式流动。精品课件精品课件实际应用：一般，液态金属在浇道和型腔中的流动都为紊流，只在腔的细薄部位，或在充型后期，流速下降，才出现层流。紊流的流动阻力要比层流阻力小，有利于充型黏度对流动阻力的影响精品课件精品课件对液态金属对流的影

12、响产生对流的条件：温差和浓度差浮力黏滞力对流强度：格拉晓夫数rLrL C动力黏度越大，则对流强度越小液体对流对结晶组织、溶质分布、偏析和杂质的聚合沉浮有重要影响。、分别为由温差和浓度差引起的金属液体积膨胀,L水平方向上热端到冷端距离的一半宽度。精品课件精品课件对液态金属净化的影响斯托克斯公式：g(液-杂)r/9仅当杂液，夹杂才能上浮，越大，夹杂及气泡越难以排除精品课件精品课件粘度对成形质量的影响影响铸件轮廓的清晰程度；影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向；影响精炼效果及夹杂或气孔的形成：对焊缝的质量的影响。精品课件精品课件粘度对铸件轮廓的清晰程度的影响 在薄壁铸件的铸造过程中，流动管道直径较小，雷诺

13、数值小，流动性质属于层流，粘度影响铸件轮廓的清晰程度消除方法：应适当提高过热度或者加入表面活性物质，降低液体的粘度精品课件精品课件影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向 由于凝固收缩形成压力差而造成的自然对流均属于层流性质，此时粘度对流动的影响就会直接影响到铸件的质量。精品课件精品课件影响精炼效果及夹杂或气孔的形成 金属液各种精炼工艺，希望尽可能彻底地脱去金属液中的非金属夹杂物和气体，无论是铸件型腔中还是焊接熔池中的金属液，残留的夹杂物和气泡都应该在金属完全凝固前排除出去，否则易形成夹杂或气孔，破坏金属的连续性精品课件精品课件粘度大会抑制金属液在型腔内的对流，间接效果：降低晶粒细化效果；减轻区域偏析

14、Stokes 公式的应用n 由上式可见,液体的粘度愈大,杂质半径愈小,液体与杂质的密度差愈小,杂质沉浮速度愈慢,留在铸件中的可能行就大n防止措施：适当提高金属液的过热度，以降低粘度，加快夹杂物和气泡的上浮速度精品课件精品课件二、液态合金的表面张力 在铸造合金熔化、浇注、凝固与成形过程中，存在许多界面问题，如精炼剂、孕育剂和变质剂与合金熔体之间，合金固体与液体之间等。表面液体或固体同气体间的界面精品课件精品课件表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。1 表面张力的实质及产生的原因表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气

15、体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高。因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。张力在大体积系统中显示不出它的作用，但在微小体积系统会显示很大的作用精品课件精品课件2、表面自由能与表面张力的关系表面自由能（表面能）：系统为产生新的单位面积表面时的自由能增量。设恒温恒压下，表面自由能增量 ，表面自由能为 ,使表面S面积时，外界对系统做功为精品课件精品课件 表面能及表面张力从不同角度描述同一表面现象。虽然表面张力与表面自由能是不同的物理概念，但其大小完全相同，单位也可以互换。精品课件精品课件3、表面与界面界面任意两相的交界面表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界

16、面，而前者特指液体（或固体）与气体之间的交界面，但更严格说，应该是指液体或固体与其蒸汽的界面。表面能和表面张力是界面能和界面张力的特例精品课件精品课件界面能和界面张力的表达式A、B两物体的表面张力两个单位面积界面系向外做的功或者将两个界面结合（拆开）外界所做的功当两相间的作用力大时，越大，则界面张力越小精品课件精品课件4、表面张力与润湿角润湿角是衡量界面张力的标志 SG为固气界面张力；LS为液固界面张力；LG为液气界面张力润湿角：液相与固相的接触点处液固界面和液态表面切线的夹角精品课件精品课件 润湿角通常用座滴法实验来测定，即将液体滴在光滑的固体表面上，达到平衡后，从液滴侧面记录其形态，然后测

17、量润湿角。界面的润湿性a)完全润湿 b)润湿 c)不润湿 d)完全不润湿润湿和不润湿的区别以及决定因素 取决于接触物质之间的界面张力精品课件精品课件影响金属表面张力的因素主要有熔点、温度和溶质元素。1)熔点 表面张力的实质是质点间的作用力，故原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，则表面张力往往就大。降低颗粒半径能够降低金属的熔点。5、影响表面张力的因素精品课件精品课件2)温度表面张力与温度的关系随着液体金属温度的升高，液体金属表面张力下降。对大多数液体金属和合金，表面张力与温度呈线性关系。因温度升高,原子热能增加，热运动剧烈，原子间距变大，致使表面质点的受力不对称性减弱，因而表面张力下降。当液

18、体金属温度升高到临界温度时，气液两相界面消失，液体表面张力为零。但对于铸铁、碳钢、铜及其合金则相反，即温度升高表面张力反而增加。其原因尚不清楚。精品课件精品课件3)溶质元素 溶质元素对液态金属表面张力的影响分二大类。使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素（削弱原子间结合力），如钢液和铸铁液中的S即为表面活性元素，也称正吸附元素。提高表面张力的元素叫非表面活性元素，其表面的含量少于内部含量，称负吸附元素。加入某些溶质能改变金属表面张力，主要是因为加入溶质后改变了熔体表面的力场分布不对称性程度。一种溶质对于某种金属来说，其表面活性或者非表面活性程度可用Gibbs吸附公式描述精品课件精品课件Gibb

19、s吸附公式单位面积液体内多吸附或少吸附的溶质量溶质浓度热力学温度气体常数随着溶质浓度C增加，表面张力降低，吸附量为正，则溶质为表面活性物质随着溶质浓度C增加，表面张力上升，吸附量为负，则溶质为非表面活性物质精品课件精品课件金属液的表面张力可以改变铝液中加入第二元素镁液中加入第二元素精品课件精品课件P P、S S、SiSi对铸铁熔对铸铁熔液表面张力的影响液表面张力的影响精品课件精品课件表面活性元素的应用 在合金中加入少量（或微量）的表面活性元素，使其吸附在某一相的表面，降低合金的表张力，从而阻碍该相的生长，达到细化该相的目的，从而提高合金的机械性能。例：在Al-Si（Si5%）合金中，加入表面活

20、性元素Na、稀土、Sr等，使这些表面活性元素吸附在共晶硅的周围，阻止该相的生长，使片状共晶硅长成杆状或粒状，细化了合金的组织提高了合金的力学性能（生产中称为变质处理）。精品课件精品课件4）原子体积（3），价电子数Z原子间距金属原子价电子电荷表面张力与原子体积（3）成反比，与价电子数Z成正比。金属原子体积越大，表面张力越小 当溶质原子体积大于溶剂原子体积时，由于造成溶质原子排布的畸变而使势能增加，所以倾向于被排挤到表面，以降低系统能量。这些富集到表面层的原子，由于其本身体积大，表面张力小，从而使整个系统的表面张力降低。原子体积很小的原子，如O、S、N等，在金属中容易进到溶剂晶格间隙，使其势能增加

21、，从而被排挤到表面，成为富集到表面层的活性物质。由于这些原子金属性很弱，自由电子少，因而表面张力小，使表面张力降低。精品课件精品课件（二）表面张力在材料成形生产技术中的意义 在铸造生产中遇到的表面现象很多，如液态金属充填铸型、净化、熔剂覆盖等都和表面现象有密切关系。精品课件精品课件1.界面张力与润湿角接触两相质点间结合力越大，界面张力（界面能）就越小，两相间的界面张力越小时，润湿角越小，称之为润湿性好。液态金属凝固时析出的固相与液相的界面能越小，已形成的固相易吸收液态原子而长大，故形核率越高。精品课件精品课件2.表面张力引起的曲面两侧压力差(球形曲面)设气相内压力为p1，液相内压力为p2，则两

22、相压力差由压力差产生向上的力为由表面张力产生向下的力为平衡状态精品课件精品课件2.表面张力引起的曲面两侧压力差 对任意曲面：液相为凸面时（金属液滴），液滴内部压力大于外部压力：p1p2液相为凹面时（液相中有气泡），气泡内部压力小于外部压力：p1p2平面液体r=，附加压力为0对柱面（r2)：球形曲面精品课件精品课件要克服铸型的界面张力，必须增加一个附加压头，且不小于h压压附加压力静压力为了保证金属充满型腔，克服此附加压力，就需要适当加大直浇口高度，或提高浇注温度、预热铸型等措施。3.液态金属的充型能力精品课件精品课件合理选用砂型粒度。铸型孔隙大，表面张力小，润湿角小，易粘砂；4.防止因附加压力引

23、起铸件黏砂铸造过程中金属液是否侵入砂型毛细管而形成粘砂，与表面张力引起的附加压力有关。通常，金属液与砂型不润湿，有利于防止金属液侵入砂型毛细管而形成粘砂。但毛细管直径越大、静压头h越大。越容易产生粘砂。根据表面张力与静压头的关系，获得机械黏砂的毛细管临界直径精品课件精品课件流动性1、概念：液态金属本身的流动能力。金属自身的流动能力2、影响因素：成分、温度、杂质含量及物理性质。与外界因素无关。3、作用：好的流动性利于缺陷的防止：（1）补缩；（2）防裂；（3）充型；（4）气体与杂质易上浮。1.3 液态金属的充型能力一、液态金属充型能力的基本概念精品课件精品课件1、概念：液态金属充满铸型型腔，获得形

24、状完整、轮廓清晰铸件的能力。充型能力弱则可能产生浇不足、冷隔；充型能力过强则可能产生砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。2、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施 内因：自身流动性 外因：型的性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。充型能力精品课件精品课件常见的铸件缺陷精品课件精品课件出气口出气口浇口杯浇口杯螺旋试样 试样的结构和铸型性质固定不变，在相同的条件下浇注各种合金的螺旋形流动性试样，以试样的长度或以试样某处的厚薄程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合金螺旋形流动性实验精品课件精品课件精品课件精品课件合格试样不合格试样精品课件精

25、品课件二、液态金属停止流动机理 对于纯金属、共晶合金及结晶温度范围很窄的合金，在液态金属的过热热量未完全消失以前为纯液态流动。随着液体继续向前流动，液态金属的温度降至熔点一下，产生一定的过冷度，型壁处发生非自发形核而结晶，形成凝固壳，且液态金属是由表层逐渐向铸型中心凝固。由于已结晶的固体层内表面比较光滑，对液流中心部分流动阻力小，所以液态中心部分继续向前流动。当较先结晶部分从型壁向中心生长的晶体相互接触时，金属流动通道被阻塞，流动停止。精品课件精品课件二、液态金属停止流动机理 对于结晶温度范围很宽的合金，在液态金属的过热热量未完全消失以前为纯液态流动。随着液体继续向前流动，液态金属的温度降至液

26、相线以下，液流中析出晶体，顺流前进并不断长大。液流前端不断与型壁接触，冷却最快，析出晶粒数最多，使金属液的黏度增加，流速减慢。当晶粒数量达到某一临界值时，便结成一个连续的网格，金属流动通道被阻塞，流动停止。精品课件精品课件二、液态金属停止流动机理宽结晶温度合金停止流动机理示意图纯金属、共晶成分合金及结晶温度很窄的合金停止流动机理示意图精品课件精品课件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三、液态金属充型能力的计算充型能力与流动性、铸件结构、浇注条件及铸型等诸多条件有关。精品课件精品课件二、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

27、型性质方面的因素3.浇注条件方面的因素4.铸件结构方面因素精品课件精品课件1.金属性质方面的因素u 合金成分u 结晶潜热u 金属的比热容、密度和导热系数u 液态金属的黏度和表面张力内因，决定了金属本身的流动能力内因，决定了金属本身的流动能力-流动性流动性精品课件精品课件纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金：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；合金成分精品课件精品课件-合金流动性与成分的关系合金流动性与成分的关系合金成分对流动性的影响精品课件精品课件其它元素对铸铁流动

28、性的影响（1）磷铸铁中磷量增加，液相线温度下降，铁液粘度下降；由于磷共晶增加，固相线温度也下降，因此，可以提高流动性。但是，磷量增加使铸铁变脆。通常不用增加磷量提高铸铁的流动性。精品课件精品课件（2）硅铸铁中硅的作用和碳相似，硅量增加，液相线温度下降。因此，在同一过热度下，铸铁的流动性随硅量增加而提高。（3）锰锰的质量分数低于0.25时，锰本身对铸铁的流动性没有影响。但是，当含硫量增加时，一方面会产生较多的MnS夹杂物，悬浮在铁液中，增加铁液的粘度，另一方面，含S量越高，越易形成氧化膜，致使铁液流动性降低。精品课件精品课件 在铸件凝固过程中释放出的总热量中，金属的过热热量仅占20%左右，结晶潜

29、热（约为液态金属热量的8590%）。在金属过热温度较低时，结晶潜热对充型能力起决定作用；在金属过热温度较高时，结晶潜热的作用则下降；结晶潜热对不同合金的流动性的影响也不同。对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，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。结晶潜热精品课件精品课件Al-Si合金流动性与成分的关系精品课件精品课件原因初生相是比较规整的块状晶体，且具有较小的强度，不形成坚强的网络，能够以液固混合状态在液相线温度以下流动，结晶潜热的一发挥。相的结晶潜热为141kg,比相约大三倍。此外，如图 表明，和亚共晶合金对比

30、，析出相同数量的固相时，过共晶合金具有较高的实际过热度。由于较大的结晶潜热而使流动性在过共晶区继续增长的情况，据目前的资料，只有铸铁（石墨的潜热为383 kg,，比铁达14倍），Pb-Sb和Al-Si 合金精品课件精品课件金属的比热容、密度和导热系数 比热容、导热系数和密度较大的合金，因其本身含有较多的热量，在相同的过热度下，保持液态的时间长，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。精品课件精品课件黏度 黏度大、内摩擦力大，降低流速，减小流动性。正常浇注时，呈紊流状态，黏度影响小，在充型后期温度降低，黏度增加，

31、转变为层流时，才有较大的影响。表面张力：表面张力对薄壁铸件、铸件的细簿部分和棱角的形成有影响。为克服附加压力的阻碍，必须在正常的充型压头上增加一个附加压头h液态金属的黏度和表面张力精品课件精品课件表面张力液态金属充填铸型尖角处的能力除与表面张力有关外，还与铸型的激冷能力有关。在激冷作用较大的铸型中，可在合金中加入表面活性元素或采用特殊涂料，降低 或润湿角 。在激冷能力作用较小或预热的铸型中，如果浇注终了在尖角处合金仍为液态，直浇道中的压头则能克服附加压力，而获得足够清晰的铸件轮廓。如果液态金属表面上有能溶解的氧化物，如铸铁和铸钢中的氧化亚铁，则润湿铸型。这时附加压力是负值，有助于金属液向细薄部

32、分充填，同时也有利于金属液向铸型砂粒之间的孔隙中渗透，促进铸件表面粘砂的形成。精品课件精品课件 2、铸型性质方面的因素：铸型的蓄热系数铸型的温度的影响铸型中的气体的影响 精品课件精品课件2、铸型性质方面的因素（）铸型的蓄热系数（）铸型的蓄热系数C22-单位体积的铸型在温度升高1时所吸取的热量。此值大，铸型吸取较多的热量而本身的温升较小，使金属与铸型之际那在较长时间内保持较大的温差。2铸型的导热系数大，表示从金属吸取的热量能很快地由温度较高的型内表面传导到温度较低的“后方”，使铸型参加蓄热的部分增多，从而能够储存更多的热量，并且铸型内表面的热量能迅速传走，温升速度也就比较缓慢，而保持继续吸取热量

33、的能力。铸型的蓄热系数b2表示铸型从其中的金属中吸取并储存于本身中热量的能力。蓄热系数b2越大，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。精品课件精品课件几种铸型材料的蓄热系数材料铜铸铁铸钢粘土型砂湿砂锯末烟黑温度202020202020500蓄热系数3.671.341.30.110.230.02960.0076在金属型铸造中，经常采用涂料调整其蓄热系数b2。为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。在砂型铸造中，利用烟黑涂料解决大型薄壁铝镁合金铸件的成型问题，已在生产中收到效果。82精品课件精品课件金属型（铜、铸铁、铸钢等）的蓄

34、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。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。精品课件精品课件(2(2）铸型温度 预热铸型能减小金属与铸型的温差，从而提高其充型能力。例如，在金属型中浇注铝合金铸件铸型温度由340提高到520，在相同的浇注温度（760）下，螺旋线的长度由525mm增加到950mm。用金属型浇注灰铸铁时，铸型的温度不但影响充型能力，而且影响影响铸件是否出现白口组织。在熔模铸造中，为得到清晰的轮廓，将型壳加热到800以上进行浇注精品课件精品课件（

35、3）铸型中的气体 铸型有一定的发气能力，能在金属液与铸型之间形成气膜，可减小流动的摩擦阻力，利于充型。浇注温度螺旋线长度L/mm1570160016251650干砂型515575600665湿砂型580700750775表2-7 湿砂型和干砂型中钢液流动性的比较精品课件精品课件根据实验，湿型中的水大于6和煤粉大于7时，由于发气量过大，在型腔中产生反压力，充型能力下降。型腔中气体反压力较大的情况下，金属液可能浇不进去，或者浇口杯、顶冒口中出现翻腾现象，甚至飞溅出来伤人。所以，铸型中的气体对充型能力影响很大。减小铸型中气体反压力的途径：（1）适当降低型砂中的含水量和发气物质的含量，亦即减小砂型的发

36、气性；（2）提高砂型的透气性。精品课件精品课件3、浇注条件方面的因素 浇注温度的影响 浇注温度对液体金属的流动性、充型能力有决定性影响，在一定范围内，充型能力随浇注温度上升而直线上升。精品课件精品课件 浇注温度的影响 对于薄壁铸件或流动性差的合金，利用提提高浇注温度改善充型能力的措施，在生产中经常采用，也比较方便。但是，随着浇注温度的提高，铸件一次结晶组织粗大容易产生缩孔、缩松、粘砂、裂纹等缺陷，因此必须综合考虑。依据生产经验，一般铸钢的烧注温度为1520一1620，铝合金为680一780。簿壁复杂铸件取上限，厚大铸件取下限。精品课件精品课件3、浇注条件方面的因素l充型压头：充型压头越大，液态

37、金属在流动方向上所受的压力越大，液态金属流动速度越大，充型能力就越好。生产上，用增加金属液静压头的方法提高充型能力，是经常采取的工艺措施。金属液的充型速度过高时，不仅要发生喷射和 飞溅现象，是金属氧化和产生铁豆缺陷，而且型腔 中的气体来不及排出，反压力增加，还会造成浇不 足，冷隔等缺陷。浇注系统（直浇道、横浇道、内浇道）的复杂程度，等也会影响液态金属的充型能力。精品课件精品课件4、铸件结构方面的因素衡量铸件结构特点的因素是铸件的当量厚度和复杂程度，它们决定了铸型型腔的结构特点。l铸件结构越复杂、薄厚过渡面越多，型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属的充型能力越差。l当量厚度：铸件体积/表面积。

38、如果铸件的体积相同，在同样的浇注条件下，当量厚度大的铸件，由于铸件与铸型接触的表面积小，散热较缓慢，因而液态金属的充型性越好。铸件的壁越薄，当量厚度就越小，就越不容易被充满 铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁容易充 满，所以对薄壁铸件应正确选择浇注位置。精品课件精品课件 综上所述，为提高液态金属的充型能力，在金属方面可采取以下措施1.合金方面1)正确选择合金的成分 在不影响铸件使用性能的情况下，可根据铸件大小、厚簿和铸型性质等因素，将合金成分调整到实际共晶成分附近，或选用结晶温度范围小的合金。对某些合金进行变质处理使晶粒细化，也有利于提高其充型能力三、提高充型能力的措施精品课件精品课件2)合理的熔

39、炼工艺l正确选择原材料，去除金属料上的锈蚀、油污，熔剂要烘干；l在熔炼过程中尽量使金属液不接触或少接触有害气体；l对某些合金要充分脱氧或精炼除气，减少其中的非金属夹杂物和气体。l多次熔炼的铸铁和废钢，由于其中含有较多的气体，应尽量减少用量。精品课件精品课件脱氧方法脱氧方法浇注温度浇注温度螺旋线长度螺旋线长度 夹杂物总量夹杂物总量先先Si后后Mn1560570.0193wt%165066167068先先Mn后后Si15901540.0062 wt%1635158l 合理的脱氧方法 对钢液进行脱氧时，先加硅铁，后加锰铁会形成大量细小的尖角形的SiO2，不易清除，钢液流动性差。先先加锰铁，后加硅铁会形成低熔点硅酸盐，数量少，也容易清除，钢液流动性好。精品课件精品课件2.铸型方面 提高金属型、熔模型壳等铸型温度。利用涂料增强铸型的热阻。提高铸型 的排气能力，减小铸型在金属液充填期间的发气速度，均有利于提高充型能力3.浇注条件方面 适当提高浇注温度，提高充型压头，简化浇注系统均有利于提高金属液的充型能力精品课件精品课件4.大型薄壁铸件的成型问题 在生产中，尤其对要求高的铸件，在合金成分、铸件结构两方面采取措施都是不现实的。对大型薄壁铸件，一般采用以下措施解决成型问题提高浇注温度增加充填速度采用涂料以增加铸型的热阻精品课件精品课件作业题P31 2、3、10精品课件精品课件