材料成型工艺学上fffff

§2.3液态金属充型能力及停止流动机理

一、充型能力

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为液态金属的充型能力。在钢的连铸工艺中称为钢的可浇性。

充型能力影响：浇注（或浇钢）过程铸件（或铸坯）的完整性和表面质量一、充型能力

影响充型能力的主要因素：液态金属的流动能力（主要因素）外界条件铸型性质——导热能力、温度浇注条件——浇注温度、浇注压头铸件结构——热模数、复杂程度用金属的流动性

来反映液态金属的流动能力。

流动性

取决于液态金属的成分、温度、杂质含量。一、充型能力

用金属的流动性

来反映液态金属的充型能力。测试方法：用稳定工艺条件下的砂型三螺旋线法

。螺旋形流动性试样截面：1068一、充型能力

用金属的流动性

来反映液态金属的充型能力。某些合金的流动性：合金浇注温度/℃螺旋线长度/mm铸铁（C+Si=6.2%）（C+Si=5.9%）（C+Si=5.2%）（C+Si=4.2%）1300180013001000600铸钢（C=0.4%）16001640100200镁合金（Mg-Al-Zn）700400~600硅黄铜（Si=1.5~4.5%）11001000二、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。

1.

纯金属、共晶合金和结晶温度区间很窄的合金具有一定过热度的液态金属在管道中流动，靠近管壁的液态金属首先降到凝固温度并开始在管壁上凝固，一般是以柱状晶组织从管壁向里推进，而中心的过热液态金属继续向前流动，并且能够全部或部分地熔化正在向里生长的柱状晶，过热度逐渐减小。当流动的液态金属没有过热度时，柱状晶一直生长到中心，液态金属在流动前端的后部被堵塞而停止流动。

结晶特点是在一定的温度点开始凝固。

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。

2.

结晶温度区间宽的合金结晶特点是在一定的温度范围内开始凝固。

具有一定过热度的液态金属在管道中流动，不断接触管壁的液态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。此时液态金属中虽然有部分固相，但还可以继续向前流动，但流动阻力越来越大，流动速度逐渐减慢。当液态金属前端区域的固相析出量在15~20%左右时，在流动的前端被堵塞而停止流动。

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。

得出结论：纯金属、共晶合金的流动时间相对较长，流动性好，充型能力强。结晶温度范围较宽的合金流动时间相对较短，流动性差，充型能力弱。

所以，浇注同样结构的铸件，结晶温度范围宽的合金要适当提高浇注温度。

三、提高充型能力的措施

1.合金方面：选择共晶或结晶温度范围窄的合金提高液态金属的纯净度2.铸型方面：刷保温涂料3.浇注工艺：适当提高浇注温度调整浇注位置，提高浇注压头§2.4液态金属凝固方式一、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：§2.4液态金属凝固方式一、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：对于纯金属和共晶成分的合金，不存在凝固区。固相区凝固区液相区

固液部分液固部分：晶体处于悬浮状态而未连成片，液相可以自由移动晶体已连成骨架，液相可以在其间移动晶体连成封闭骨架，骨架间的少量液相互不沟通（a）金属凝固体断面的温度—时间曲线（b）凝固动态曲线依据凝固体断面上实际测得的温度随时间变化曲线，在凝固体断面上不同位置与时间的座标下，确定金属在凝固过程中典型温度点（液相温度，固相温度，共晶温度等），把凝固体断面上实际测得的温度随时间变化曲线上确定的温度点投影到凝固体断面上不同位置与时间的关系图中，把不同时间、不同位置的同一温度点连接起来，即得到金属凝固动态曲线。§2.4液态金属凝固方式一、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。典型温度：液相线温度固相线温度共晶温度等

根据凝固动态曲线，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液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

液态金属的凝固、冷却过程是决定铸件或铸坯内部质量的关键，而金属在凝固过程中凝固区的宽窄可以作为判断铸件或铸坯内部质量的依据。

根据液态金属的凝固动态曲线，可以判断出铸件在凝固不同时间的凝固区的宽窄（结晶温度范围）

。金属凝固区的宽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组织状态和凝固过程的缺陷。§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

1.逐层凝固方式恒温下结晶的金属恒温下结晶的金属（纯金属或共晶成分合金），在凝固过程中其凝固体断面上的凝固区宽度等于零，断面上的固体和液体由一条界线（凝固前沿）清楚地分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，逐步到达凝固体中心。§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

1.逐层凝固方式凝固前沿为平滑的。§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

1.逐层凝固方式如果合金的结晶温度范围很小，或凝固体断面的温度梯度很大，则凝固体断面的凝固区也很窄，凝固过程也是逐层进行的。§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

1.逐层凝固方式凝固前沿为锯齿状。逐层凝固方式对凝固性能的影响：流动性好

——充型能力强，容易获得健全的凝固体；液体补缩好

——凝固体的组织致密，形成缩松的倾向小，形成集中缩孔的倾向大（可用冒口消除）；逐层凝固方式对凝固性能的影响：流动性好

——充型能力强，容易获得健全的凝固体；液体补缩好

——凝固体的组织致密，形成缩松的倾向小，形成集中缩孔的倾向大（可用冒口消除）；逐层凝固方式对凝固性能的影响：流动性好

——充型能力强，容易获得健全的凝固体；液体补缩好

——凝固体的组织致密，形成缩松的倾向小，形成集中缩孔的倾向大（可用冒口消除）；热裂倾向小

——热裂是在凝固区形成的，凝固区域窄，晶间不易出现裂纹，即使出现也可以焊合；易产生成分偏析。

§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

2.体积凝固方式结晶温度范围很宽

结晶温度范围宽的合金，在凝固过程中其凝固体断面上的凝固区域很宽，甚至贯穿整个断面，则在凝固区域里既有已结晶的晶体也有未凝固的液体。随着温度的下降，凝固区不断向中心移动，最后全部凝固。也称糊状凝固方式§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

2.体积凝固方式§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

2.体积凝固方式如果凝固体断面上的温度梯度较小，则凝固区域也较宽，其凝固过程也属于体积凝固方式。断面温度梯度较小

体积凝固方式对凝固性能的影响：流动性差

——不易获得健全的凝固体；液体补缩能力差

——凝固体的组织不致密，形成缩松的倾向大，形成集中缩孔的倾向小；体积凝固方式对凝固性能的影响：流动性差

——不易获得健全的凝固体；液体补缩能力差

——凝固体的组织不致密，形成缩松的倾向大，形成集中缩孔的倾向小；体积凝固方式对凝固性能的影响：流动性差

——不易获得健全的凝固体；液体补缩能力差

——凝固体的组织不致密，形成缩松的倾向大，形成集中缩孔的倾向小；热裂倾向大

——热裂是在凝固区形成的，凝固区域宽，晶间易出现裂纹；不易产生成分偏析。

§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

3.中间凝固方式介于逐层凝固和体积凝固之间的凝固方式称为中间凝固方式。

如：中等结晶温度范围的合金；结晶温度范围宽而凝固体断面温度梯度大的合金；结晶温度范围窄而凝固体断面温度梯度小的合金。§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

3.中间凝固方式介于逐层凝固和体积凝固之间的凝固方式称为中间凝固方式。

§2.4液态金属凝固方式二、液态金属凝固方式

3.中间凝固方式介于逐层凝固和体积凝固之间的凝固方式称为中间凝固方式。

中间凝固方式对凝固性能的影响：流动性适中液体有一定补缩能力有一定的热裂倾向成分偏析不严重

§2.4液态金属凝固方式三、影响液态金属凝固方式的因素

无论是由金属凝固动态曲线，还是从合金的结晶温度范围与铸件断面温度分布的示意图中都可