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1、第二章第二章 金属液态成形工艺原理金属液态成形工艺原理2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 液体金属充液体金属充满铸型型腔的型型腔的过程称程称为 充型充型过程。程。 2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 液体金属充满铸型型腔的过程称为液体金属充满铸型型腔的过程称为 充型过程。充型过程。 在充型异常的条件下会在充型异常的条件下会产生液生液态金属成形金属成形过程的一些缺陷：程的一些缺陷： 浇不足、冷隔、砂眼、抬箱、侵入性气孔、不足、冷隔、砂眼、抬箱、侵入性气孔、夹砂砂结疤疤 充型充型过程存在：程存在： 热作用作用 机械冲机械冲
2、击冲刷冲刷 物理化学反物理化学反应研究液研究液态金属充型金属充型过程的运程的运动规律和特性非常必要。律和特性非常必要。 2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 研究方法：研究方法：研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。 u 物理模物理模拟拟u 计计算机数算机数值值模模拟拟u 工工业试验经验总结业试验经验总结2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 液液态金属中存在金属中存在夹杂物固相和气体气相）物固相和气体气相） 1、多相黏性流动、多相黏性流动 u 夹杂夹杂物物 非金属化合物
3、）：非金属化合物）： （尺寸（尺寸 50m ） u 氧化物氧化物 Al2O3, SiO2, MnO, FeO, TiO2 , MgO 等等 u 氮化物氮化物 AlN, ZrN, TiN 等等u 硫化物硫化物 Ni3S2, CeS, Cu2S 等等u 气体：气体： （总总量量 4X10-4 %）u CO, CO2, H2, N2, O2 等等 例如例如连铸的的钢水中：水中：2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 金属由固金属由固态转变成液成液态，金属，金属键被部分破坏，原子之被部分破坏，原子之间仍仍然保持一定的然保持一定的结合力，因此液合力，因此液态金属在流金属
4、在流动过程中有内摩程中有内摩擦阻力，呈擦阻力，呈现粘性流粘性流动的水利学特点。的水利学特点。 影响因素：影响因素： 温度温度 合金成分合金成分 金属液金属液纯净度度1、多相黏性流动、多相黏性流动 2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 充型充型过程中液程中液态金属的流速、流金属的流速、流态在不断在不断变化。化。 2、非稳定流动、非稳定流动 u 流路截面流路截面变变化化u 流路方向流路方向变变化化u 流路温度流路温度变变化化2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 3、紊流流动、紊流流动 液体的流液体的流动可分可分为层流和紊流两种
5、状流和紊流两种状态，并可用雷，并可用雷诺数数ReRe来判断。来判断。（流速（流速 管路直径管路直径 / / 流体运流体运动粘度）粘度）ReRe临临 = 2300 = 2300大于大于ReRe临为紊流紊流小于小于ReRe临为层流流例如，某例如，某钢种在种在连铸工工艺过程中程中结晶器的管道直径晶器的管道直径为0.15m0.15m，如果如果结晶器有晶器有电磁磁搅拌的条件下拌的条件下钢水的平均旋水的平均旋转周向速度周向速度为0.12m/s0.12m/s，浇注温度注温度为15351535，运，运动粘度粘度为0.40710-6m2/s0.40710-6m2/s，计算出：算出： 对于某些合金，在于某些合金，
6、在浇注温度下高于液相注温度下高于液相线温度温度5010050100）有：）有：铸件材质铸件材质铸铁铸铁铸钢铸钢铝合金铝合金（m m2 2/s/s）0.551010-6-60.41010-6-60.61010-6-6在在浇注系注系统中，即使中，即使 D D 很小如取很小如取 0.4 cm 0.4 cm），在保），在保证充型充型的最低流速下，其雷的最低流速下，其雷诺数也大于数也大于ReRe临。所以：。所以：金属液在金属液在浇注系注系统中的流中的流动为 紊流流紊流流动。又由于又由于浇注系注系统流路回流路回转，使紊流程度加重。，使紊流程度加重。2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点
7、程的水力学特点 4、在、在“多孔管中流多孔管中流动动 浇注系注系统及及铸型的型腔都具有一定的透气性型的型腔都具有一定的透气性2.1 2.1 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学特点程的水力学特点 综上所述综上所述 液态金属在充型过程中的水力学特点与理想液体相比液态金属在充型过程中的水力学特点与理想液体相比有明显的区别。有明显的区别。 但是，液态金属在充型时间较短的过程中，一些水力但是，液态金属在充型时间较短的过程中，一些水力学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。 2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学程的水力学计计算算
8、 一、一、浇注系注系统的的结构构 浇注系注系统：引：引导金属液金属液进入和充入和充满型腔的一系列通道。型腔的一系列通道。2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学程的水力学计计算算 一、浇注系统的结构一、浇注系统的结构 浇注系统的构成基本组元）：浇注系统的构成基本组元）：浇口杯口杯直直浇道道直直浇道道窝横横浇道道内内浇道道2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学程的水力学计计算算 连续铸钢浇注系统的构成：连续铸钢浇注系统的构成：钢水包水包长水口水口中中间包包浸入式水口浸入式水口结晶器晶器一、浇注系统的结构一、浇注系统的结构 2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过
9、程的水力学程的水力学计计算算 一、浇注系统的结构一、浇注系统的结构 根据浇注系统基本组元截面积比例关系分为：根据浇注系统基本组元截面积比例关系分为： 开放式开放式浇浇注系注系统统 F直直 F横横 F横横 F内内 F F直、直、F F横、横、F F内分内分别为别为直、横、内直、横、内浇浇道截面道截面积积之和。之和。2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学程的水力学计计算算 二、计算模型二、计算模型 液液态金属充型金属充型过程程计算模型：算模型：H0金属充型金属充型压头压头P 上型腔高度上型腔高度C 型腔高度型腔高度 （铸铸件高度）件高度）2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过
10、程的水力学程的水力学计计算算 二、计算模型二、计算模型 为了保了保证金属液金属液顺利充利充满型腔：型腔： 直直浇道要有一定高度提供充型道要有一定高度提供充型压头）；）； 浇道要有合适的截面道要有合适的截面积。2.2 2.2 液液态态金属充型金属充型过过程的水力学程的水力学计计算算 三、计算过程和结果三、计算过程和结果 计算条件：算条件：a. a.浇注系注系统为充充满流流动u 封封闭闭式式浇浇注系注系统统；u 对对于开放式的型腔液面要淹于开放式的型腔液面要淹过过内内浇浇道。道。b. b.浇口杯液面保持不口杯液面保持不变1. 1. 充填下半型充填下半型 设充填下半型充填下半型时需要金属液需要金属液
11、m1m1，充填，充填时间为t1 t1。 以以浇口杯液面和内口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程能量方程）：道出口建立伯努利方程能量方程）： （2 - 12 - 1）1. 1. 充填下半型充填下半型 设充填下半型时需要金属液设充填下半型时需要金属液m1m1，充填时间为，充填时间为t1 t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程能量方程）：以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程能量方程）： 式中：式中： P P杯杯 浇口杯液面口杯液面压力力 P P腔腔 型腔内的液面型腔内的液面压力力 v v杯杯 浇口杯液面金属流口杯液面金属流动速度速度 v v内内 内内浇口出口金属流口出口金属流动速度速度 hi
12、 hi 浇注系注系统中某段的流体中某段的流体压头损失失 重度（重度（=g=g）（2 - 12 - 1）1. 1. 充填下半型充填下半型 设充填下半型时需要金属液设充填下半型时需要金属液m1m1，充填时间为，充填时间为t1 t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程能量方程）：以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程能量方程）： （2 - 12 - 1）由于由于其中其中: : 1. 1. 充填下半型充填下半型 所以所以（2 - 22 - 2）整理式整理式2-12-1得得 式中式中（2 - 12 - 1）1. 1. 充填下半型充填下半型 （2 - 32 - 3）所以所以通过内浇道的金属流量为通过
13、内浇道的金属流量为 （流量（流量= =时间时间* *流速流速* *截面积）截面积） 2. 2. 充填上半型充填上半型 设充填上半型充填上半型时需要金属液需要金属液m2m2，充填，充填时间为t2 t2。 以以浇口杯液面和内口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：道出口建立伯努利方程： （2 - 42 - 4）2. 2. 充填上半型充填上半型 设充填上半型时需要金属液设充填上半型时需要金属液m2m2，充填时间为，充填时间为t2 t2。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程： 由于由于其中其中: : （2 - 42 - 4）2. 2. 充填上半型充填上半型 所以
14、所以（2 - 52 - 5）整理式整理式2-42-4得得 式中式中（2 - 42 - 4）2. 2. 充填上半型充填上半型 （2 - 62 - 6）所以所以（流量（流量= =时间时间* *流速流速* *截面积）截面积） 通过内浇道的金属流量为通过内浇道的金属流量为 3. 3. 通式通式 由于同一个由于同一个铸件件浇注系注系统的内的内浇道的断面道的断面积应该是一个，是一个，因此写成通式：因此写成通式：（2 - 72 - 7）式中式中 这就是奥就是奥赞OsannOsann公式，它是公式，它是浇注系注系统计算的基本公式。算的基本公式。 假假设型腔断面型腔断面积沿高度无沿高度无变化。化。4.4.平均静
15、压头平均静压头H H均的确定均的确定 液态金属充型过程计算模型：液态金属充型过程计算模型：H0金属充型金属充型压头压头P 上型腔高度上型腔高度C 型腔高度型腔高度 （铸铸件高度）件高度）假设型腔断面积沿高度无变化。假设型腔断面积沿高度无变化。a. a. 按按实际实际系系统统与与计计算系算系统浇统浇注做功相同来确定：注做功相同来确定：b. b. 按按实际实际系系统统与与计计算系算系统浇统浇注注时间时间相同来确定：相同来确定：（2 8a2 8a）（2 8b2 8b）4.4.平均静压头平均静压头H H均的确定均的确定 本次课结束本次课结束谢谢大家谢谢大家2.3 2.3 液液态态金属充型能力及停止流金
16、属充型能力及停止流动动机理机理 一、充型能力一、充型能力 液液态金属充金属充满铸型型腔，型型腔，获得形状完整、得形状完整、轮廓清晰的廓清晰的铸件件的能力称的能力称为 液液态金属的充型能力。金属的充型能力。在在钢的的连铸工工艺中称中称为钢的可的可浇性。性。 充型能力影响：充型能力影响： 浇注或注或浇钢过程程 铸件或件或铸坯的完整性和表面坯的完整性和表面质量量一、充型能力一、充型能力 影响充型能力的主要因素：影响充型能力的主要因素： 液液态金属的流金属的流动能力能力 （主要因素）（主要因素） 外界条件外界条件 铸型性型性质导热能力、温度能力、温度 浇注条件注条件浇注温度、注温度、浇注注压头 铸件件
17、结构构热模数、复模数、复杂程度程度用金属的流用金属的流动性性 来反映液来反映液态金属的流金属的流动能力。能力。 流流动动性性 取决于液取决于液态态金属的成分、温度、金属的成分、温度、杂质杂质含量。含量。一、充型能力一、充型能力 用金属的流动性用金属的流动性 来反映液态金属的充型能力。来反映液态金属的充型能力。测试方法：测试方法：用用稳定工定工艺条件下的砂型三螺旋条件下的砂型三螺旋线法法 。螺旋形流螺旋形流动性性试样截面：截面：1068一、充型能力一、充型能力 用金属的流动性用金属的流动性 来反映液态金属的充型能力。来反映液态金属的充型能力。某些合金的流动性：某些合金的流动性：合合 金金浇注温度
18、浇注温度 / 螺旋线长度螺旋线长度 / mm铸铁（铸铁（C+Si = 6.2%） （C+Si = 5.9%） （C+Si = 5.2%） （C+Si = 4.2%）1300180013001000 600铸钢（铸钢（C = 0.4%）16001640100200镁合金（镁合金（Mg-Al-Zn）700400 600硅黄铜硅黄铜（Si=1.54.5%）11001000二、停止流动机理二、停止流动机理 不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它们的停止流的停止流动机理不同。机理不同。 1. 1. 纯纯金属、共晶合金和金属、共晶合金和结结晶温度区晶温度区间间很窄
19、的合金很窄的合金具有一定具有一定过热度的液度的液态金属在管道中流金属在管道中流动，靠，靠近管壁的液近管壁的液态金属首先降到凝固温度并开始在金属首先降到凝固温度并开始在管壁上凝固，一般是以柱状晶管壁上凝固，一般是以柱状晶组织从管壁向里从管壁向里推推进，而中心的，而中心的过热液液态金属金属继续向前流向前流动，并且能并且能够全部或部分地熔化正在向里生全部或部分地熔化正在向里生长的柱的柱状晶，状晶，过热度逐度逐渐减小。当流减小。当流动的液的液态金属没金属没有有过热度度时，柱状晶一直生，柱状晶一直生长到中心，液到中心，液态金金属在流属在流动前端的后部被堵塞而停止流前端的后部被堵塞而停止流动。 结晶特点是
20、晶特点是 在一定的温度点开始凝固。在一定的温度点开始凝固。 二、停止流动机理二、停止流动机理 不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它们的停止流动机理不同。不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它们的停止流动机理不同。 2. 2. 结晶温度区间宽的合金结晶温度区间宽的合金结晶特点是晶特点是 在一定的温度范在一定的温度范围内开始凝固。内开始凝固。 具有一定具有一定过热度的液度的液态金属在管道中流金属在管道中流动，不断接触管壁的液不断接触管壁的液态金属前端首先达到凝固金属前端首先达到凝固温度，并开始有部分的固相以枝晶析出。此温度，并开始有部分的固相以枝晶析出。此时液液态金属中金属中虽然有部分固相，
21、但然有部分固相，但还可以可以继续向前流向前流动，但流，但流动阻力越来越大，流阻力越来越大，流动速速度逐度逐渐减慢。当液减慢。当液态金属前端区域的固相析金属前端区域的固相析出量在出量在15 20%左右左右时，在流，在流动的前端被堵的前端被堵塞而停止流塞而停止流动。 二、停止流动机理二、停止流动机理 不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它们的停止流动机理不同。不同的合金其充型能力不同的根本原因在于它们的停止流动机理不同。 得出得出结论： 纯金属、共晶合金的流金属、共晶合金的流动时间相相对较长， 流流动性好，充型能力性好，充型能力强。 结晶温度范晶温度范围较宽的合金流的合金流动时间相相对较短，短，
22、 流流动性差，充型能力弱。性差，充型能力弱。 所以，所以，浇注同注同样结构的构的铸件，件，结晶温度范晶温度范围宽的合金要适当提高的合金要适当提高浇注温度。注温度。 三、提高充型能力的措施三、提高充型能力的措施 1. 1. 合金方面：合金方面： 选择选择共晶或共晶或结结晶温度范晶温度范围围窄的合金窄的合金 提高液提高液态态金属的金属的纯净纯净度度2. 铸铸型方面：型方面： 刷保温涂料刷保温涂料3. 浇浇注工注工艺艺： 适当提高适当提高浇浇注温度注温度 调调整整浇浇注位置，提高注位置，提高浇浇注注压头压头2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式一、液一、液态金属凝固金属凝固动态曲曲线 铸件
23、在凝固件在凝固过程中，断面上一般都存在三个区域：程中，断面上一般都存在三个区域：2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式一、液态金属凝固动态曲线一、液态金属凝固动态曲线 铸件在凝固过程中，断面上一般都存在三个区域：铸件在凝固过程中，断面上一般都存在三个区域：对于于纯金属和共晶成分的合金，不存在凝固区。金属和共晶成分的合金，不存在凝固区。固相区固相区凝固区凝固区液相区液相区u 固液部分固液部分u 液固部分：液固部分：晶体晶体处于于悬浮状浮状态而未而未连成片，液相可以自由移成片，液相可以自由移动l晶体已晶体已连成骨架，液相可以在其成骨架，液相可以在其间移移动l晶体晶体连成封成封闭骨架，骨架
24、骨架，骨架间的少量液相互不沟通的少量液相互不沟通（a金属凝固体断面的金属凝固体断面的 温度温度时间曲曲线（b凝固动态曲线凝固动态曲线依据凝固体断面上实际测得依据凝固体断面上实际测得的温度随时间变化曲线，在的温度随时间变化曲线，在凝固体断面上不同位置与时凝固体断面上不同位置与时间的座标下，确定金属在凝间的座标下，确定金属在凝固过程中典型温度点液相固过程中典型温度点液相温度，固相温度，共晶温度温度，固相温度，共晶温度等），把凝固体断面上实际等），把凝固体断面上实际测得的温度随时间变化曲线测得的温度随时间变化曲线上确定的温度点投影到凝固上确定的温度点投影到凝固体断面上不同位置与时间的体断面上不同位置
25、与时间的关系图中，把不同时间、不关系图中，把不同时间、不同位置的同一温度点连接起同位置的同一温度点连接起来，即得到金属凝固动态曲来，即得到金属凝固动态曲线。线。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式一、液态金属凝固动态曲线一、液态金属凝固动态曲线 根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时间的坐标图上绘制成的凝固体典型温度的连线图称为与时间的坐标图上绘制成的凝固体典型温度的连线图称为凝固动态曲线。凝固动态曲线。典型温度：典型温度： 液相液相线温度温度固相固相线温度温度共晶温度等共晶温度等 根据凝固动态曲线，根据凝固动态曲线
26、， 可以推断凝固体断面不同时刻的凝固状态和凝固区的宽窄范围）。可以推断凝固体断面不同时刻的凝固状态和凝固区的宽窄范围）。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 液液态态金属的凝固、冷却金属的凝固、冷却过过程是决定程是决定铸铸件或件或铸铸坯内部坯内部质质量的关量的关键键，而金属在凝固，而金属在凝固过过程中凝固区的程中凝固区的宽宽窄可以作窄可以作为为判判断断铸铸件或件或铸铸坯内部坯内部质质量的依据。量的依据。 根据液根据液态态金属的凝固金属的凝固动态动态曲曲线线，可以判断出，可以判断出铸铸件在凝件在凝固不同固不同时间时间的凝固区的的凝固区的宽宽窄窄
27、 结结晶温度范晶温度范围围） 。金属凝固区。金属凝固区的的宽宽窄决定凝固体的凝固方式，不同的凝固方式直接影响窄决定凝固体的凝固方式，不同的凝固方式直接影响着金属凝固体的着金属凝固体的组织组织状状态态和凝固和凝固过过程的缺陷。程的缺陷。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 1. 逐层凝固方式逐层凝固方式恒温下结晶的金属恒温下结晶的金属恒温下恒温下结晶的金属晶的金属纯金属或共晶成分金属或共晶成分合金），在凝固合金），在凝固过程中其凝固体断面上程中其凝固体断面
28、上的凝固区的凝固区宽度等于零，断面上的固体和度等于零，断面上的固体和液体由一条界液体由一条界线凝固前沿清楚地分凝固前沿清楚地分开。随着温度的下降，固体开。随着温度的下降，固体层不断加厚，不断加厚，逐步到达凝固体中心。逐步到达凝固体中心。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 1. 逐层凝固方式逐层凝固方式凝固前沿凝固前沿为平滑的。平滑的。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 1. 逐层凝固方式逐层凝固方式如果合金的如果合金的结晶温度范晶温度范围很小，或凝固很小，或凝固体断面的温度梯度很大，体断
29、面的温度梯度很大，则凝固体断面凝固体断面的凝固区也很窄，凝固的凝固区也很窄，凝固过程也是逐程也是逐层进行的。行的。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 1. 逐层凝固方式逐层凝固方式凝固前沿凝固前沿为锯齿状。状。逐层凝固方式对凝固性能的影响：逐层凝固方式对凝固性能的影响：u流流动性好性好 u 充型能力充型能力强，容易，容易获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩好好u 凝固体的凝固体的组织致密，形成致密，形成缩松的松的倾向小，形向小，形成集中成集中缩孔的孔的倾向大可用冒口消除）；向大可用冒口消除）；逐层凝固方式对凝固性能的影响：逐层凝
30、固方式对凝固性能的影响：u流流动性好性好 u 充型能力充型能力强，容易，容易获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩好好u 凝固体的凝固体的组织致密，形成致密，形成缩松的松的倾向小，形向小，形成集中成集中缩孔的孔的倾向大可用冒口消除）；向大可用冒口消除）；逐层凝固方式对凝固性能的影响：逐层凝固方式对凝固性能的影响：u流流动性好性好 u 充型能力充型能力强，容易，容易获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩好好u 凝固体的凝固体的组织致密，形成致密，形成缩松的松的倾向小，形向小，形成集中成集中缩孔的孔的倾向大可用冒口消除）；向大可用冒口消除）；u热裂裂倾向小向小 u 热裂是在凝固
31、区形成的，凝固区域窄，晶裂是在凝固区形成的，凝固区域窄，晶间不易出不易出现裂裂纹，即使出，即使出现也可以也可以焊合；合；u易易产生成分偏析。生成分偏析。 2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 2. 体积凝固方式体积凝固方式结晶温度范围很宽结晶温度范围很宽 结晶温度范晶温度范围宽的合金，在凝固的合金，在凝固过程中程中其凝固体断面上的凝固区域很其凝固体断面上的凝固区域很宽，甚至，甚至贯穿整个断面，穿整个断面，则在凝固区域里既有已在凝固区域里既有已结晶的晶体也有未凝固的液体。随着温晶的晶体也有未凝固的液体。随着温度的下降，凝固区不断向中心移度的下降
32、，凝固区不断向中心移动，最，最后全部凝固。后全部凝固。也称也称 糊状凝固方式糊状凝固方式2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 2. 体积凝固方式体积凝固方式2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 2. 体积凝固方式体积凝固方式如果凝固体断面上的温度梯度如果凝固体断面上的温度梯度较小，小，则凝固区域也凝固区域也较宽，其凝固，其凝固过程也属于体程也属于体积凝固方式。凝固方式。断面温度梯度较小断面温度梯度较小 体积凝固方式对凝固性能的影响：体积凝固方式对凝固性能的影响：u流流动性差性差 u 不易不易
33、获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩能力差能力差u 凝固体的凝固体的组织不致密，形成不致密，形成缩松的松的倾向大，向大，形成集中形成集中缩孔的孔的倾向小；向小；体积凝固方式对凝固性能的影响：体积凝固方式对凝固性能的影响：u流流动性差性差 u 不易不易获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩能力差能力差u 凝固体的凝固体的组织不致密，形成不致密，形成缩松的松的倾向大，向大，形成集中形成集中缩孔的孔的倾向小；向小；体积凝固方式对凝固性能的影响：体积凝固方式对凝固性能的影响：u流流动性差性差 u 不易不易获得健全的凝固体；得健全的凝固体；u液体液体补缩能力差能力差u 凝固体的凝固
34、体的组织不致密，形成不致密，形成缩松的松的倾向大，向大，形成集中形成集中缩孔的孔的倾向小；向小；u热裂裂倾向大向大 u 热裂是在凝固区形成的，凝固区域裂是在凝固区形成的，凝固区域宽，晶，晶间易出易出现裂裂纹；u不易不易产生成分偏析。生成分偏析。 2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 3. 中间凝固方式中间凝固方式介于逐介于逐层凝固和体凝固和体积凝固之凝固之间的凝固方式称的凝固方式称为中中间凝固方式。凝固方式。 如：如： 中等中等结晶温度范晶温度范围的合金；的合金； 结晶温度范晶温度范围宽而凝固体断面温度梯度大的合金；而凝固体断面温度梯度大的合
35、金； 结晶温度范晶温度范围窄而凝固体断面温度梯度小的合金。窄而凝固体断面温度梯度小的合金。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 3. 中间凝固方式中间凝固方式介于逐层凝固和体积凝固之介于逐层凝固和体积凝固之间的凝固方式称为中间凝固间的凝固方式称为中间凝固方式。方式。 2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式二、液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式 3. 中间凝固方式中间凝固方式介于逐层凝固和体积凝固之介于逐层凝固和体积凝固之间的凝固方式称为中间凝固间的凝固方式称为中间凝固方式。方式。 中间凝固方式对凝固性能的影响：中间凝固方式对凝固性
36、能的影响：u流流动性适中性适中 u液体有一定液体有一定补缩能力能力u有一定的有一定的热裂裂倾向向u成分偏析不成分偏析不严重重 2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式三、影响液态金属凝固方式的因素三、影响液态金属凝固方式的因素 无无论是由金属凝固是由金属凝固动态曲曲线，还是从合金的是从合金的结晶温度范晶温度范围与与铸件断面温度分布的示意件断面温度分布的示意图中都可以知道，影响金属成中都可以知道，影响金属成形凝固方式的因素主要是形凝固方式的因素主要是 金属本身的凝固特点和外部冷却金属本身的凝固特点和外部冷却条件。条件。2.4 2.4 液液态态金属凝固方式金属凝固方式三、影响液态金属凝固方式的因素三、影响液态金属凝固方式的因素 1. 金属凝固特点金属凝固特点凝固温度范凝固温度范围液相液相线与固相与固相线之之间的温度差）的温度差） ，这由金属或合金的成分所决定。由金属或合金的成分所决定。2. 凝固凝固过过程的冷却条件程的冷却条件凝固体断面的温度分布及随凝固体断面的温度分布及随时间的的变化情况。化情况。这由合金的由合金的热物理性能、物理性能、铸型或型或结晶器的晶器的热物物理性能及其冷却理性能及其冷却强度、凝固体尺寸和度、凝固体尺寸和结构所决定。构所决定。本次课结束本次课结束谢谢大家谢谢大家
