卧式离心铸造时金属液凝固特点

1、职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铜合金铸件铸造技术课程卧式离心铸造原理 金属液凝固的特点制作人：王 博陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院卧式离心铸造原理异相质点偏析金属液凝固的特点铜合金铸件铸造技术课程 径向柱状晶：金属液进入铸型，受型壁的冷却作用，开始结晶凝固。由于热量 (金属液过热热量与结晶潜热)是垂直于铸型壁连续地向外散发的，因此金属结晶按定向凝固进行，产生了柱状晶（图1a)所示径向柱状晶）。图1 离心铸造的柱状晶a）径向柱状晶 b）倾斜柱状晶金属液凝固的特点铜合金铸件铸造技术课程倾斜柱状晶：在外面一层柱状晶后，晶面上的金属液在离心力作用下仍有惯性运动，使金属液与结晶间产生相

2、对滑动，从而使后面的柱状晶变成倾斜柱状晶（图1 b)所示倾斜柱状晶），其倾斜方向与铸型旋转方向一致。再往内层，由于金属液相对运动产生的滑动减少，又重新长成一层柱状晶。铜合金铸件铸造技术课程中心缩松带：离心力的作用可使金属液渗入已结晶金属的枝晶空穴中，从而可获得致密的组织。而金属液与枝晶的相对滑动，阻碍了树枝晶发展，从而又细化了晶粒。两者都有利于提高离心铸件的力学性能。但并非离心铸造铸件没有缩松缺陷。在衬砂热模法浇注大口径铸管时，由于铸型冷却速度大为降低，金属液能保持很长时间没有凝固，而此时内表面金属和冷空气直接接触，或人为地在内表面喷水加快冷却，于是在靠内壁处有一缩松层带（如2图所示），降低了

3、力学性能。 图2 离心铸管环形中心缩松带铜合金铸件铸造技术课程异相质点偏析v=金属液本身含有不少密度与金属液不一样的相质点，例如渣粒、气泡、球墨铸铁中的石墨，有色合金的组相。这些密度不一的质点在离心力的作用下有的向型壁移动（重质点），有的则向内表面浮动，它们在金属液中的沉浮速度可按下式计算：r 铜合金铸件铸造技术课程v=式中 v颗粒沉浮速度（m/s），正值为向内浮，负值为向外沉； d异相质点颗粒直径（m）； 1金属液的密度(kg/m3)； 2异相质点颗粒密度(kg/m3)； 金属液的动力粘度(Pas)； r异相质点所在半径(m)； 异相质点角速度(rad/s)。 221218dr 铜合金铸件铸

4、造技术课程从上式中可看出，与重力铸造相比，异相质点颗粒在金属液中的沉浮速度要增大2r倍。它有利于离心铸造铸件减少渣孔、气泡等缺陷，使组织致密、性能好，但同时也使铸件易产生密度偏析。这在密度相差大，又是机械混合的二元合金中，密度偏析更为严重。铜合金铸件铸造技术课程 例如锡基合金中，锡与硬质相（SnSb化合物），密度小的相易上浮。铜铅轴承合金中，铅以孤立状态分布铜基体上，而铅与铜的密度有较大的差别（分别为11.35g/cm3和8.96g/cm3），铅在浇注中极易产生下沉的密度偏析。要解决此缺陷可采用浇注前合金液充分搅拌、低的浇注温度、快速冷却以及较低的转速等措施，同时可针对不同合金，添加第三元素。

5、铜合金铸件铸造技术课程另外密度偏析还会导致合金的成分与组织偏析。例如球墨铸铁离心铸造，石墨轻易上浮偏析，又由于石墨周围硅高，加之有可能存在的硅基孕育剂末充分熔解扩散，往往会产生“富硅组织”。在碳当量过低，残硫较高时，或有难熔碳化物元素存在被结晶前沿推向最后凝固区，会使此处得到较多的渗碳体组织、形成反白口现象。在生产铸铁缸套时离心力会使硬质相分布不匀，从而使硬度不匀，降低使用性能，严重时还会使缸套断裂。铜合金铸件铸造技术课程 如前所述，离心浇注时，金属液以层状形式进行轴向前进，在凝固后径向断面上大多以近似于同心圆环的形式分层，其组织也有差异，从而容易产生层状偏析。铜合金铸件铸造技术课程铸件层次（由内向外）Ws(%) 铸件层次（由内向外） Ws(%)10.045 40.01820.030 50.02430.022 60.026表1 离心铸铁件中硫的偏析异相质点偏析异相质点偏析铜合金铸件铸造技术课程离外表面的距离/mmWc(%) 铸件层次（由内向外） Wc(%)30.34 400.39250.35 520.51330.40 660.52表2 离心铸铁件中碳的偏析铜合金铸件铸造技术课程