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1、Seminar IDalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,http:/第九章合金铸造性能的测定1 1研究的范畴n n铸造成型：材料的工艺性能好坏的重要指标。铸造成型：材料的工艺性能好坏的重要指标。n n影响因素：物理、化学性质，结晶过程影响因素：物理、化学性质，结晶过程n n重要意义：制订正确的铸造工艺，获得优质铸件重要意义：制订正确的铸造工艺，获得优质铸件n n铸造性能：铸造性能：a)a)合金（液体？）的流动性、合金（液体？）的流动性、b)b)线收线收缩特性、缩特性、c)c)体收缩特性、体收缩特性、d)d)产生应力和
2、热裂倾向产生应力和热裂倾向的特性、的特性、e)e)合金的偏析和吸气特性。合金的偏析和吸气特性。2 2a)合金的流动性n n合金的流动性与粘度关系：正相关，不是正比例合金的流动性与粘度关系：正相关，不是正比例n n概念：合金的流动性表示合金在液态下（非固态概念：合金的流动性表示合金在液态下（非固态？，多相流？）充填铸型的能力；流动性不好常？，多相流？）充填铸型的能力；流动性不好常常会造成常会造成浇不足浇不足， 冷隔等铸造缺陷（优生优育）。冷隔等铸造缺陷（优生优育）。3 3n n液态合金充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸液态合金充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。件
3、的能力，称为液态合金的充型能力。n n充型能力不足，会使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。充型能力不足，会使铸件产生浇不足或冷隔缺陷。n n所谓浇不足是指铸件的形状不完整；冷隔是指铸所谓浇不足是指铸件的形状不完整；冷隔是指铸件上某处由于两股或两股以上金属液流未熔合而件上某处由于两股或两股以上金属液流未熔合而形成的接缝。形成的接缝。 4 45 5n n合金的流动性是指液态合金的流动性是指液态合金自身的流动能力合金自身的流动能力合金自身的流动能力合金自身的流动能力，属属于合金的一种主要铸造性能。于合金的一种主要铸造性能。n n良好的流动性不仅易于铸造出薄而复杂的铸件，良好的流动性不仅易于铸造出薄而复杂的铸
4、件，而且也利于铸件在凝固时的补缩以及气体和非金而且也利于铸件在凝固时的补缩以及气体和非金属夹杂物的逸出和上浮。属夹杂物的逸出和上浮。n n反之流动性差的合金，易使铸件上出现浇不足、反之流动性差的合金，易使铸件上出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。 6 6表9-1，p194序号序号因素因素影响影响原因原因1 1凝固潜热凝固潜热大者流动性好大者流动性好物理化学物理化学2 2结晶范围结晶范围窄者流动性好窄者流动性好网状小，凝固网状小，凝固3 3过热温度过热温度高者流动性和高者流动性和工艺工艺4 4铸型条件铸型条件1 1）激冷）激冷2 2）光滑度）光滑度工艺工艺5
5、5压头压头？工艺工艺6 6浇铸速度浇铸速度？工艺工艺粘度？铸件的结构？7 7合金流动性的衡量n n通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流动性。动性。n n如图如图9.19.1所示的螺旋形试样，其截面为等截面的梯所示的螺旋形试样，其截面为等截面的梯形，试样上隔形，试样上隔50mm50mm长度有一个凸点，以便于计长度有一个凸点，以便于计量其长度。量其长度。n n合金的流动性愈好，其长度就愈长。合金的流动性愈好，其长度就愈长。 8 89 9n n合金的种类不同，其流动性不同，如表合金的种类不同，其流动性不同，如表9.29.2列出了列出了一些常用铸造合金的
6、流动性值，可看出铸铁和硅一些常用铸造合金的流动性值，可看出铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最差。差。 1010表9.2常用合金的流动性（砂型，试样截面88mm合金种类合金种类合金种类合金种类 铸型种类铸型种类铸型种类铸型种类浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度（） 螺旋线长螺旋线长螺旋线长螺旋线长度（度（度（度（mmmm） 铸铁铸铁铸铁铸铁C+SiC+Si=6.2%=6.2%C+SiC+Si=5.9%=5.9%C+SiC+Si=5.2%=5.2%C+SiC+Si=4.2%=4.2%砂型砂型砂型砂型 砂型砂型砂型砂型 砂型砂型砂型砂型 砂型砂
7、型砂型砂型 13001300130013001300130013001300180018001300130010001000600600 铸钢铸钢铸钢铸钢C=0.4%C=0.4%铝硅合金（硅铝明）铝硅合金（硅铝明）铝硅合金（硅铝明）铝硅合金（硅铝明） 镁合金（含镁合金（含镁合金（含镁合金（含A1A1及及及及ZnZn） 锡青铜锡青铜锡青铜锡青铜（SnSn 10%,Zn10%,Zn 2%2%） 硅黄铜（硅黄铜（硅黄铜（硅黄铜（SiSi=1.54.5%=1.54.5%） 砂型砂型砂型砂型 金属型金属型金属型金属型300300砂型砂型砂型砂型 砂型砂型砂型砂型 砂型砂型砂型砂型 16001600680
8、7206807207007001040104011001100100100700800700800400600400600420420100010001111合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著n n共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒温下进行的。温下进行的。n n从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固，如图从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固，如图a a），），由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。而且，由于共晶成分合金的凝固温度最阻力小。而且，由于共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下
9、其过热度最大，延长了合金低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。处于液态的时间，故流动性最好。 12121313n n此外，其它成分的合金均是在一定宽度的温度范此外，其它成分的合金均是在一定宽度的温度范围内凝固的，即在其已凝固层和纯液态区之间存围内凝固的，即在其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙如图表面粗糙如图b b）。所以非共晶成分的合金流动性）。所以非共晶成分的合金流动性变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差，
10、如图度范围愈宽，流动性愈差，如图9.39.3为铁为铁碳合金碳合金流动性与含碳量的关系图。流动性与含碳量的关系图。 14141515液态合金的粘度n n回答问题：回答问题：n n液态合金的粘度、结晶潜热和导热系数等物理参液态合金的粘度、结晶潜热和导热系数等物理参数对流动性也有影响。一般的粘度愈大、结晶潜数对流动性也有影响。一般的粘度愈大、结晶潜热愈小和导热系数愈小，其流动性愈差热愈小和导热系数愈小，其流动性愈差 n n棱锥充填试样，不讲棱锥充填试样，不讲1616合金收缩特性的测定n n从浇注、凝固、直至冷却至室温的过程中，铸造从浇注、凝固、直至冷却至室温的过程中，铸造合金的体积或尺寸会缩减的现象
11、为收缩，收缩是合金的体积或尺寸会缩减的现象为收缩，收缩是合金的物理属性。合金的物理属性。n n但铸造合金的收缩给铸造工艺带来许多困难，是但铸造合金的收缩给铸造工艺带来许多困难，是形成缩孔、缩松、变形和裂纹等多种铸造缺陷的形成缩孔、缩松、变形和裂纹等多种铸造缺陷的根本原因。根本原因。 1717线收缩特性的测试n n合金冷却到室温，其长度方向上与铸型尺寸的差合金冷却到室温，其长度方向上与铸型尺寸的差值为绝对线收缩量，其比值用百分率表示成为合值为绝对线收缩量，其比值用百分率表示成为合金的线收缩率。金的线收缩率。n n与铸型关系：自由线收缩，受限线收缩与铸型关系：自由线收缩，受限线收缩1818合金的线
12、收缩率公式p1991919测定方法n n描述图描述图9-79-7n n描述图描述图9-89-8，可以作出：收缩量，可以作出：收缩量温度曲线，这也温度曲线，这也是一种冷却曲线。是一种冷却曲线。n n位移传感器位移传感器2020合金的体收缩率n n根据表根据表9-69-6解释体收缩、缩孔、缩松的概念解释体收缩、缩孔、缩松的概念n n测量技术上的特点：非规则的体积测量测量技术上的特点：非规则的体积测量n n为什么采用表面张力小的液体？为什么采用表面张力小的液体？P205P205n n根据凝固原理，合理设计测定缩孔的试样，保证根据凝固原理，合理设计测定缩孔的试样，保证凝固顺序。图凝固顺序。图9-119
13、-11，所以凝固原理是正确测量的，所以凝固原理是正确测量的技术基础。技术基础。n n缩松的测定，则设计试样，使之不按顺序凝固，缩松的测定，则设计试样，使之不按顺序凝固，图图9-169-162121合金应力特性的测定n n铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。原因。 n n n n按照应力产生的原因，将铸造应力分为热应力按照应力产生的原因，将铸造应力分为热应力和机械应力两种。和机
14、械应力两种。2222n n（1 1） 热应力热应力 n n热应力是由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度热应力是由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，使铸件各部分的收缩不同步而引起的。它不同，使铸件各部分的收缩不同步而引起的。它在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是一种在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是一种残留残留残留残留应力应力应力应力。n n规律：热应力，厚拉，薄压。薄的是厚的收缩阻规律：热应力，厚拉，薄压。薄的是厚的收缩阻碍。碍。2323Seminar IDalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,http:/三杆热应力分析模
15、型三杆热应力分析模型三杆热应力分析模型三杆热应力分析模型+-+-+-表示压，+表示拉。动态过程可以由p211图9-23测定24242525应力框测试铸造应力n nP210P210，图，图9-209-20n n缺点：不准确，具有参考价值缺点：不准确，具有参考价值2626合金热裂纹倾向的测定n n热裂：铸件收缩受阻而形成的拉力，把铸件尚处热裂：铸件收缩受阻而形成的拉力，把铸件尚处于塑性状态的低强度部位拉开裂，叫做热裂。于塑性状态的低强度部位拉开裂，叫做热裂。（在哪个部位？）（在哪个部位？）n n冷裂：弹性状态，脆弱部位。冷裂：弹性状态，脆弱部位。2727测定方法n n没有标准试样，也没有统一仪器。没有标准试样，也没有统一仪器。n n图图9-259-25，荷重式热裂仪，荷重式热裂仪n n图图9-269-26，通用热裂仪。，通用热裂仪。2828谢谢大家！预祝大家考出好成绩！2929
