液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì).ppt

1、1.1 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 1.2 液態(tài)合金的性質(zhì) 1.3 液態(tài)金屬的充型能力,第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.1 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu),、 液體與固體、氣體結(jié)構(gòu)比較及衍射特征 、 由物質(zhì)熔化過程認(rèn)識液體結(jié)構(gòu) 、 液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的理論模型 、 實際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu),一、氣體、液體、固體的衍射特征,氣體、液體、固體的結(jié)構(gòu)特點,固態(tài)結(jié)構(gòu)：平移、對稱性特征（長程有序）,氣態(tài)結(jié)構(gòu) ：完全無序為特征,液體： 長程無序( 不具備平移、對稱性) 近程有序( “游蕩”著的局域有序的原子集團， 液體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出局域范圍的有序性),液態(tài)金屬的衍射結(jié)構(gòu)參數(shù),偶分布函數(shù) g(r) 平均原子間距 r1 徑向分布函數(shù) 配位數(shù) N1,一

2、、氣體、液體、固體的衍射特征,偶分布函數(shù) g(r) 物理意義：距某一參考粒子r處找到另一個粒子的幾率，換言之，表示離開參考原子（處于坐標(biāo)原點r = 0）距離為 r 位置的原子數(shù)密度 (r) 對于平均數(shù)密度o（=N/V）的相對偏差 (r) = o g (r) 氣體、液體、非晶及晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特點及衍射特征,氣體 液體 晶體,平均原子間距 r1： 對液體（或非晶固體），對應(yīng)于g(r)第一峰的位置 r = r1 表示參考原子至其周圍第一配位層各原子的平均原子間距,徑向分布函數(shù) RDF ： (radical distribution function） RDF = 4r 2o g(r) 表示在 r 和

3、 r + dr 之間的球殼中原子數(shù)的多少。 稍高于熔點時液態(tài)堿金屬（Li、 Na、 K、Rb、 Cs）的徑向分布函數(shù) ( RDF ),RDF 第一峰之下的積分面積即所謂配位數(shù) N1,RDF= 4r2og(r), atoms /,r, ,（,求法：RDF第一峰之下的積分面積； 意義：N1 與 r1 均描繪了液體的原子排布情況,配位數(shù)N1：參考原子周圍最近鄰（即第一殼層）的原子數(shù),表1-1 金屬熔化時典型的體積變化Vm/VS,表 明 液 體 原 子 間 距 接 近 于 固 體,二、由物質(zhì)熔化過程認(rèn)識液體結(jié)構(gòu),(,Hb /,表1-2 幾種晶體物質(zhì)的熔化潛熱（Hm）和氣化潛熱(Hb),表明熔化時只有部

4、分原子鍵被破壞,三、 液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的理論模型（自學(xué)部分）,（一） 無規(guī)密堆硬球模型 （二） 液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的晶體缺陷模型 （三） 液體結(jié)構(gòu)及粒子間相互作用的理論描述,（一）無規(guī)密堆結(jié)構(gòu)中五種多面體間隙,微晶模型： 液態(tài)金屬有很多微小晶體和面缺陷組成，在微晶體中金屬原子或離子組成完整的晶體點陣，這些微晶體之間以界面相連接,（二）、液體的缺陷模型,空穴模型： 金屬晶體熔化時，在晶體網(wǎng)格中形成大量的空位，從而使液態(tài)金屬的微觀結(jié)構(gòu)失去了長程有序性。大量空位的存在使液態(tài)金屬易于發(fā)生切變，從而具有流動性。隨著液態(tài)金屬溫度的提高，空位的數(shù)量也不斷增加，表現(xiàn)為液態(tài)金屬的粘度減小,位錯模型： 液態(tài)金屬可以看成是一

5、種被位錯芯嚴(yán)重破壞的點陣結(jié)構(gòu)。在特定的溫度以上，在低溫條件下不含位錯的固體點陣結(jié)構(gòu)由于高密度位錯的突然出現(xiàn)而變成液體。,“能量起伏” 原子間能量不均勻性 “結(jié)構(gòu)起伏”液體中大量不停“游動”著的局域有序原子團簇時聚時散、此起彼伏 “濃度起伏” 同種元素及不同元素之間的原子間結(jié)合力存在差別，結(jié)合力較強的原子容易聚集在一起，把別的原于排擠到別處，表現(xiàn)為游動原子團簇之間存在著成分差異 。,四、 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征,概述,1.2 液態(tài)金屬的性質(zhì),當(dāng)液態(tài)金屬在外力作用下流動時，由于分子間存在內(nèi)聚力，因此使液體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，以阻礙液層間的相對滑動。液體的這種性質(zhì)成為粘滯性，用黏度表征,液態(tài)金屬的黏度對反

6、應(yīng)速度、氣體和雜質(zhì)的排出、流 動性等有重要影響，因此黏度關(guān)系到鑄件的成形質(zhì)量,外力作用于液體表面各原子層速度,一、液態(tài)金屬的粘度,1. 定義 粘度系數(shù),2. 物理意義： 反映液體內(nèi)摩擦的大小,運動粘度為動力粘度除以密度，即： 運動粘度 適用于較大外力作用下的水力學(xué)流動，此時由于外力的作用，液體密度對流動的影響可以忽略。 動力粘度 在外力作用非常小的情況下適用，如夾雜的上浮過程和凝固過程中的補縮等均與動力粘度系數(shù)有關(guān)。,粘度數(shù)學(xué)模型,K b Bolzmann常數(shù)； U 無外力作用時原子之間的結(jié)合能 0 原子在平衡位置的振動周期（對 液態(tài)金屬約為10-13秒） 液體各原子層之間的間距,2.粘度的影

7、響因素,粘度隨原子間結(jié)合能U按指數(shù)關(guān)系增加 液體的原子之間結(jié)合力越大，則內(nèi)摩擦阻力越大， 粘度也就越高；,粘度隨原子間距增大而降低（成反比） 實際金屬液的原子間距也非定值，溫度升高， 原子熱振動加劇，原子間距增大， 隨之下降；,黏度 本質(zhì)： 原子 間結(jié) 合力,與溫度T的關(guān)系受兩方面，總的趨勢隨溫度 T而下降（見圖1-9）,合金組元（或微量元素）對合金液粘度的影響,非金屬夾雜物的數(shù)量、狀態(tài)和分布情況對合金液粘度的影響,溫度對粘度的影響,圖19 液體的粘度與溫度的關(guān)系 a）液態(tài)鎳 b）液態(tài)鈷,M-H（Moelwyn-Hughes）模型： 1純?nèi)軇┑恼扯龋?溶質(zhì)的粘度； X1、X2 分別為純?nèi)軇┖腿?/p>

8、質(zhì)的在溶液中的mole分?jǐn)?shù)，R為氣體常數(shù)，Hm 為兩組元的混合熱。,合金組元（或微量元素）對合金液粘度的影響,合金組元（或微量元素）對合金液粘度的影響,若混合熱Hm為負(fù)值，合金元素的增加會使合金液的粘度上升（ Hm為負(fù)值表明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，異類原子間結(jié)合力大于同 類原子，因此摩擦阻力及粘度隨之提高）,表面活性元素使液體粘度降低，非表面活性雜質(zhì)的存在使粘度提高,若溶質(zhì)與溶劑在固態(tài)形成金屬間化合物，則合金液的粘度將會明顯高于純?nèi)軇┙饘僖旱恼扯龋驗楹辖鹨褐写嬖诋愵愒娱g較強的化學(xué)結(jié)合鍵,非金屬夾雜物對合金液粘度的影響,非金屬夾雜物的數(shù)量、狀態(tài)和分布情況在不同程度上影響合金液的粘度。液態(tài)合金中呈固態(tài)

9、的非金屬夾雜物使液態(tài)金屬的黏度增加，如鋼中的硫化錳、氧化鋁、氧化硅等。主要是因為夾雜物的存在使液態(tài)金屬成為不均勻的多相體系，液相流動時內(nèi)摩擦力增加，夾雜物越多，對黏度影響越大。但是，有些熔點低的雜質(zhì)在液態(tài)金屬中呈熔融狀態(tài)，反而會使該液態(tài)金屬的黏度降低。,3. 黏度在材料成形中的作用和意義:,黏度對液態(tài)金屬充型速度的影響,流體的流動狀態(tài)由雷諾數(shù)Re來決定， 當(dāng)Re2320時，流體以紊流方式流動。,實際應(yīng)用：,一般，液態(tài)金屬在澆道和型腔中的流動都為紊流，只在腔的細(xì)薄部位，或在充型后期，流速下降，才出現(xiàn)層流。,紊流的流動阻力要比層流阻力小，有利于充型,黏度對流動阻力的影響,對液態(tài)金屬對流的影響,產(chǎn)生

10、對流的條件：溫差和濃度差浮力黏滯力 對流強度：格拉曉夫數(shù),rL,rL C,動力黏度越大，則對流強度越小,液體對流對結(jié)晶組織、溶質(zhì)分布、偏析和雜質(zhì)的 聚合沉浮有重要影響。,、分別為由溫差和濃度差引起的金屬液體積膨脹, L水平方向上熱端到冷端距離的一半寬度。,對液態(tài)金屬凈化的影響,斯托克斯公式：,g(液-雜)r/9,僅當(dāng)雜液，夾雜才能上浮，越大，夾雜及氣泡越難以排除,粘度對成形質(zhì)量的影響,影響鑄件輪廓的清晰程度； 影響熱裂、縮孔、縮松的形成傾向； 影響精煉效果及夾雜或氣孔的形成： 對焊縫的質(zhì)量的影響。,粘度對鑄件輪廓的清晰程度的影響,在薄壁鑄件的鑄造過程中，流動管道直徑較小，雷諾數(shù)值小，流動性質(zhì)屬

11、于層流，粘度影響鑄件輪廓的清晰程度,消除方法：應(yīng)適當(dāng)提高過熱度或者加入表面活性物質(zhì)，降低液體的粘度,影響熱裂、縮孔、縮松的形成傾向,由于凝固收縮形成壓力差而造成的自然對流均屬于層流性質(zhì)，此時粘度對流動的影響就會直接影響到鑄件的質(zhì)量。,影響精煉效果及夾雜或氣孔的形成,金屬液各種精煉工藝，希望盡可能徹底地脫去金屬液中的非金屬夾雜物和氣體，無論是鑄件型腔中還是焊接熔池中的金屬液，殘留的夾雜物和氣泡都應(yīng)該在金屬完全凝固前排除出去，否則易形成夾雜或氣孔，破壞金屬的連續(xù)性,粘度大會抑制金屬液在型腔內(nèi)的對流，間接效果：降低晶粒細(xì)化效果；減輕區(qū)域偏析 Stokes 公式的應(yīng)用,由上式可見,液體的粘度愈大,雜質(zhì)

12、半徑愈小,液體與雜質(zhì)的密度差愈小,雜質(zhì)沉浮速度愈慢,留在鑄件中的可能行就大 防止措施：適當(dāng)提高金屬液的過熱度，以降低粘度，加快夾雜物和氣泡的上浮速度,二、液態(tài)合金的表面張力,在鑄造合金熔化、澆注、凝固與成形過程中，存在許多界面問題，如精煉劑、孕育劑和變質(zhì)劑與合金熔體之間，合金固體與液體之間等。 表面液體或固體同氣體間的界面,表面張力是表面上平行于表面切線方向且各方向大小相等的張力。,1 表面張力的實質(zhì)及產(chǎn)生的原因,表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點受力不均所造成。由于液體或固體的表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小，這種受力不均引起表面原子的勢能比內(nèi)部原子的勢能高。因此，物體傾向

13、于減小其表面積而產(chǎn)生表面張力。,張力在大體積系統(tǒng)中顯示不出它的作用，但在微小體積系統(tǒng)會顯示很大的作用,2、表面自由能與表面張力的關(guān)系,表面自由能（表面能）：系統(tǒng)為產(chǎn)生新的單位面 積表面時的自由能增量。 設(shè)恒溫恒壓下，表面自由能增量 ，表面自由能為 ,使表面S面積時，外界對系統(tǒng)做功為,表面能及表面張力從不同角度描述同一表面現(xiàn)象。雖然表面張力與表面自由能是不同的物理概念，但其大小完全相同，單位也可以互換。,3、表面與界面,界面任意兩相的交界面 表面與界面的差別在于后者泛指兩相之間的交界面，而前者特指液體（或固體）與氣體之間的交界面，但更嚴(yán)格說，應(yīng)該是指液體或固體與其蒸汽的界面。表面能和表面張力是界

14、面能和界面張力的特例,界面能和界面張力的表達(dá)式,A、B兩物體的表面張力,兩個單位面積界面系向外做的功或者將兩個界面結(jié)合（拆開）外界所做的功,當(dāng)兩相間的作用力大時，,越大，則界面張力越小,4 、表面張力與潤濕角,潤濕角是衡量界面張力的標(biāo)志,SG為固氣界面張力； LS為液固界面張力； LG為液氣界面張力,潤濕角：液相與固相的接觸點處液固界面和液態(tài)表面切線的夾角,潤濕角通常用座滴法實驗來測定，即將液體滴在光滑的固體表面上，達(dá)到平衡后，從液滴側(cè)面記錄其形態(tài)，然后測量潤濕角。,界面的潤濕性a) 完全潤濕 b) 潤濕 c) 不潤濕 d) 完全不潤濕,潤濕和不潤濕的區(qū)別以及決定因素 取決于接觸物質(zhì)之間的界面

15、張力,影響金屬表面張力的因素主要有熔點、溫度和溶質(zhì)元素。 1) 熔點 表面張力的實質(zhì)是質(zhì)點間的作用力，故原子間結(jié)合力大的物質(zhì)，其熔點、沸點高，則表面張力往往就大。降低顆粒半徑能夠降低金屬的熔點。,5、影響表面張力的因素,2) 溫度 表面張力與溫度的關(guān)系 隨著液體金屬溫度的升高，液體金屬表面張力下降。對大多數(shù)液體金屬和合金，表面張力與溫度呈線性關(guān)系。因溫度升高,原子熱能增加，熱運動劇烈，原子間距變大，致使表面質(zhì)點的受力不對稱性減弱，因而表面張力下降。當(dāng)液體金屬溫度升高到臨界溫度時，氣液兩相界面消失，液體表面張力為零。 但對于鑄鐵、碳鋼、銅及其合金則相反，即溫度升高表面張力反而增加。其原因尚不清楚

16、。,3) 溶質(zhì)元素 溶質(zhì)元素對液態(tài)金屬表面張力的影響分二大類。使表面張力降低的溶質(zhì)元素叫表面活性元素（削弱原子間結(jié)合力），如鋼液和鑄鐵液中的S即為表面活性元素，也稱正吸附元素。提高表面張力的元素叫非表面活性元素，其表面的含量少于內(nèi)部含量，稱負(fù)吸附元素。 加入某些溶質(zhì)能改變金屬表面張力，主要是因為加入溶質(zhì)后改變了熔體表面的力場分布不對稱性程度。一種溶質(zhì)對于某種金屬來說，其表面活性或者非表面活性程度可用Gibbs吸附公式描述,Gibbs吸附公式,單位面積液體內(nèi)多吸附或少吸附的溶質(zhì)量,溶質(zhì)濃度,熱力學(xué)溫度,氣體常數(shù),隨著溶質(zhì)濃度C增加，表面張力降低，吸附量為正， 則溶質(zhì)為表面活性物質(zhì),隨著溶質(zhì)濃度C

17、增加，表面張力上升，吸附量為負(fù)， 則溶質(zhì)為非表面活性物質(zhì),金屬液的表面張力可以改變,鋁液中加入第二元素,鎂液中加入第二元素,P、S、Si對鑄鐵熔液表面張力的影響,表面活性元素的應(yīng)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，降低合金的表張力，從而阻礙該相的生長，達(dá)到細(xì)化該相的目的，從而提高合金的機械性能。 例：在Al-Si（Si5%）合金中，加入表面活性元素Na、稀土、Sr等，使這些表面活性元素吸附在共晶硅的周圍，阻止該相的生長，使片狀共晶硅長成桿狀或粒狀，細(xì)化了合金的組織提高了合金的力學(xué)性能（生產(chǎn)中稱為變質(zhì)處理）。,4）原子體積（3），價電子數(shù)Z,原子間距,金屬原子價

18、,電子電荷,表面張力與原子體積（3）成反比，與價電子數(shù)Z成正比。金屬原子體積越大，表面張力越小 當(dāng)溶質(zhì)原子體積大于溶劑原子體積時，由于造成溶質(zhì)原子排布的畸變而使勢能增加，所以傾向于被排擠到表面，以降低系統(tǒng)能量。這些富集到表面層的原子，由于其本身體積大，表面張力小，從而使整個系統(tǒng)的表面張力降低。 原子體積很小的原子，如O、S、N等，在金屬中容易進(jìn)到溶劑晶格間隙，使其勢能增加，從而被排擠到表面，成為富集到表面層的活性物質(zhì)。由于這些原子金屬性很弱，自由電子少，因而表面張力小，使表面張力降低。,（二） 表面張力在材料成形生產(chǎn)技術(shù)中的意義,在鑄造生產(chǎn)中遇到的表面現(xiàn)象很多，如液態(tài)金屬充填鑄型、凈化、熔劑覆

19、蓋等都和表面現(xiàn)象有密切關(guān)系。,1.界面張力與潤濕角,接觸兩相質(zhì)點間結(jié)合力越大，界面張力（界面能）就越小，兩相間的界面張力越小時，潤濕角越小，稱之為潤濕性好。液態(tài)金屬凝固時析出的固相與液相的界面能越小，已形成的固相易吸收液態(tài)原子而長大，故形核率越高。,2.表面張力引起的曲面兩側(cè)壓力差(球形曲面),設(shè)氣相內(nèi)壓力為p1，液相內(nèi)壓力為p2，則兩相壓力差,由壓力差產(chǎn)生向上的力為,由表面張力產(chǎn)生向下的力為,平衡狀態(tài),2.表面張力引起的曲面兩側(cè)壓力差,對任意曲面：,液相為凸面時（金屬液滴），液滴內(nèi)部壓力大于外部壓力：p1p2 液相為凹面時（液相中有氣泡），氣泡內(nèi)部壓力小于外部壓力：p1p2 平面液體r=，附

20、加壓力為0,對柱面（r2 )：,球形曲面,要克服鑄型的界面張力，必須增加一個附加壓頭，且不小于h,壓,附加壓力,靜壓力,為了保證金屬充滿型腔，克服此附加壓力，就需要適當(dāng)加大直澆口高度，或提高澆注溫度、預(yù)熱鑄型等措施。,3.液態(tài)金屬的充型能力,合理選用砂型粒度。鑄型孔隙大，表面張力小，潤濕角小，易粘砂；,4.防止因附加壓力引起鑄件黏砂,鑄造過程中金屬液是否侵入砂型毛細(xì)管而形成粘砂，與表面張力引起的附加壓力有關(guān)。通常，金屬液與砂型不潤濕，有利于防止金屬液侵入砂型毛細(xì)管而形成粘砂。但毛細(xì)管直徑越大、靜壓頭h越大。越容易產(chǎn)生粘砂。根據(jù)表面張力與靜壓頭的關(guān)系，獲得機械黏砂的毛細(xì)管臨界直徑,流動性,1、概

21、念：液態(tài)金屬本身的流動能力。 金屬自身的流動能力 2、影響因素：成分、溫度、雜質(zhì)含量及物理性質(zhì)。與外界因素?zé)o關(guān)。 3、作用：好的流動性利于缺陷的防止： （1）補縮；（2）防裂；（3）充型；（4）氣體與雜質(zhì)易上浮。,1.3 液態(tài)金屬的充型能力,一、 液態(tài)金屬充型能力的基本概念,1、概念：液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。 充型能力弱則可能產(chǎn)生澆不足、冷隔；充型能力過強則可能產(chǎn)生砂眼、鐵豆、抬箱，以及卷入性氣孔、夾砂等缺陷。 2、影響充型能力的因素及提高充型能力的措施 內(nèi)因：自身流動性 外因：型的性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映。,充型能力,常見的鑄

22、件缺陷,螺旋試樣,試樣的結(jié)構(gòu)和鑄型性質(zhì)固定不變，在相同的條件下澆注各種合金的螺旋形流動性試樣，以試樣的長度或以試樣某處的厚薄程度表示該合金的流動性，并以所測得的合金流動性表示合金的充型能力,合金螺旋形流動性實驗,合格試樣,不合格試樣,二、液態(tài)金屬停止流動機理 對于純金屬、共晶合金及結(jié)晶溫度范圍很窄的合金，在液態(tài)金屬的過熱熱量未完全消失以前為純液態(tài)流動。隨著液體繼續(xù)向前流動，液態(tài)金屬的溫度降至熔點一下，產(chǎn)生一定的過冷度，型壁處發(fā)生非自發(fā)形核而結(jié)晶，形成凝固殼，且液態(tài)金屬是由表層逐漸向鑄型中心凝固。由于已結(jié)晶的固體層內(nèi)表面比較光滑，對液流中心部分流動阻力小，所以液態(tài)中心部分繼續(xù)向前流動。當(dāng)較先結(jié)晶

23、部分從型壁向中心生長的晶體相互接觸時，金屬流動通道被阻塞，流動停止。,二、液態(tài)金屬停止流動機理 對于結(jié)晶溫度范圍很寬的合金，在液態(tài)金屬的過熱熱量未完全消失以前為純液態(tài)流動。隨著液體繼續(xù)向前流動，液態(tài)金屬的溫度降至液相線以下，液流中析出晶體，順流前進(jìn)并不斷長大。液流前端不斷與型壁接觸，冷卻最快，析出晶粒數(shù)最多，使金屬液的黏度增加，流速減慢。當(dāng)晶粒數(shù)量達(dá)到某一臨界值時，便結(jié)成一個連續(xù)的網(wǎng)格，金屬流動通道被阻塞，流動停止。,二、液態(tài)金屬停止流動機理,寬結(jié)晶溫度合金停止 流動機理示意圖,純金屬、共晶成分合金及結(jié)晶溫度 很窄的合金停止流動機理示意圖,充型能力的計算,充型過程：液體金屬的非穩(wěn)定的流動過程,

24、l = v t 主要是計算流動時間t,三、液態(tài)金屬充型能力的計算,充型能力與流動性、鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等諸多條件有關(guān)。,二、影響充型能力的因素,1. 金屬性質(zhì)方面的因素（流動性的高低） 2. 鑄型性質(zhì)方面的因素 澆注條件方面的因素 鑄件結(jié)構(gòu)方面因素,1. 金屬性質(zhì)方面的因素,合金成分 結(jié)晶潛熱 金屬的比熱容、密度和導(dǎo)熱系數(shù) 液態(tài)金屬的黏度和表面張力,內(nèi)因，決定了金屬本身的流動能力-流動性,純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金：在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向內(nèi)部推進(jìn)，固相層內(nèi)表面比較光滑，對液體的流動阻力小，合金液流動時間長，所以流動性好，具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金流動性不好

25、；,合金成分,-合金流動性與成分的關(guān)系,合金成分對流動性的影響,其它元素對鑄鐵流動性的影響,（1）磷 鑄鐵中磷量增加，液相線溫度下降，鐵液粘度下降；由于磷共晶增加，固相線溫度也下降，因此，可以提高流動性。但是，磷量增加使鑄鐵變脆。通常不用增加磷量提高鑄鐵的流動性。,（2）硅 鑄鐵中硅的作用和碳相似，硅量增加，液相線溫度下降。因此，在同一過熱度下，鑄鐵的流動性隨硅量增加而提高。 （3）錳 錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.25時，錳本身對鑄鐵的流動性沒有影響。但是，當(dāng)含硫量增加時，一方面會產(chǎn)生較多的MnS夾雜物，懸浮在鐵液中，增加鐵液的粘度，另一方面，含S量越高，越易形成氧化膜，致使鐵液流動性降低。,在鑄件凝

26、固過程中釋放出的總熱量中，金屬的過熱熱量僅占20%左右，結(jié)晶潛熱（約為液態(tài)金屬熱量的8590%）。在金屬過熱溫度較低時，結(jié)晶潛熱對充型能力起決定作用；在金屬過熱溫度較高時，結(jié)晶潛熱的作用則下降；結(jié)晶潛熱對不同合金的流動性的影響也不同。 對于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，放出的潛熱越多，凝固過程進(jìn)行的越慢，流動性越好，因此潛熱的影響較大，對于寬結(jié)晶溫度范圍的合金潛熱對流動性影響不大。,結(jié)晶潛熱,Al-Si合金流動性與成分的關(guān)系,原因 初生相是比較規(guī)整的塊狀晶體，且具有較小的強度，不形成堅強的網(wǎng)絡(luò)，能夠以液固混合狀態(tài)在液相線溫度以下流動，結(jié)晶潛熱的一發(fā)揮。相的結(jié)晶潛熱為141kg,比相約大

27、三倍。此外，如圖 表明，和亞共晶合金對比，析出相同數(shù)量的固相時，過共晶合金具有較高的實際過熱度。,由于較大的結(jié)晶潛熱而使流動性在過共晶區(qū)繼續(xù)增長的情況，據(jù)目前的資料，只有鑄鐵（石墨的潛熱為383 kg,，比鐵達(dá)14倍），Pb-Sb和Al-Si 合金,金屬的比熱容、密度和導(dǎo)熱系數(shù),比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和密度較大的合金，因其本身含有較多的熱量，在相同的過熱度下，保持液態(tài)的時間長，流動性好。 導(dǎo)熱系數(shù)小的合金，熱量散失慢，保持流動的時間長；導(dǎo)熱系數(shù)小，在凝固期間液固并存的兩相區(qū)小，流動阻力小，故流動性好。,黏度 黏度大、內(nèi)摩擦力大，降低流速，減小流動性。正常澆注時，呈紊流狀態(tài)，黏度影響小，在充型后期溫度

28、降低，黏度增加，轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r，才有較大的影響。 表面張力：表面張力對薄壁鑄件、鑄件的細(xì)簿部分和棱角的形成有影響。為克服附加壓力的阻礙，必須在正常的充型壓頭上增加一個附加壓頭h,液態(tài)金屬的黏度和表面張力,表面張力 液態(tài)金屬充填鑄型尖角處的能力除與表面張力有關(guān)外，還與鑄型的激冷能力有關(guān)。在激冷作用較大的鑄型中，可在合金中加入表面活性元素或采用特殊涂料，降低或潤濕角 。在激冷能力作用較小或預(yù)熱的鑄型中，如果澆注終了在尖角處合金仍為液態(tài)，直澆道中的壓頭則能克服附加壓力，而獲得足夠清晰的鑄件輪廓。 如果液態(tài)金屬表面上有能溶解的氧化物，如鑄鐵和鑄鋼中的氧化亞鐵，則潤濕鑄型。這時附加壓力是負(fù)值，有助于金屬液

29、向細(xì)薄部分充填，同時也有利于金屬液向鑄型砂粒之間的孔隙中滲透，促進(jìn)鑄件表面粘砂的形成。,2、鑄型性質(zhì)方面的因素：,鑄型的蓄熱系數(shù) 鑄型的溫度的影響 鑄型中的氣體的影響,2、鑄型性質(zhì)方面的因素,（）鑄型的蓄熱系數(shù) C22-單位體積的鑄型在溫度升高1時所吸取的熱量。 此值大，鑄型吸取較多的熱量而本身的溫升較小，使金屬與鑄型之際那在較長時間內(nèi)保持較大的溫差。 2鑄型的導(dǎo)熱系數(shù)大，表示從金屬吸取的熱量能很快地由溫度較高的型內(nèi)表面?zhèn)鲗?dǎo)到溫度較低的“后方”，使鑄型參加蓄熱的部分增多，從而能夠儲存更多的熱量，并且鑄型內(nèi)表面的熱量能迅速傳走，溫升速度也就比較緩慢，而保持繼續(xù)吸取熱量的能力。 鑄型的蓄熱系數(shù)b2

30、表示鑄型從其中的金屬中吸取并儲存于本身中熱量的能力。蓄熱系數(shù)b2越大，鑄型的激冷能力就越強，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就越短，充型能力下降。,82,幾種鑄型材料的蓄熱系數(shù),在金屬型鑄造中，經(jīng)常采用涂料調(diào)整其蓄熱系數(shù)b2 。為使金屬型澆口和冒口中的金屬液緩慢冷卻，常在一般的涂料中加入b2很小的石棉粉。 在砂型鑄造中，利用煙黑涂料解決大型薄壁鋁鎂合金鑄件的成型問題，已在生產(chǎn)中收到效果。,金屬型（銅、鑄鐵、鑄鋼等）的蓄熱系數(shù)b2是砂型的十倍或數(shù)十倍以上，為了使金屬型澆口和冒口中的金屬液緩慢冷卻，常在一般的涂料中加入b2很小的石棉粉。 濕砂型的b2是干砂型的2倍左右，砂型的b2與造型材料的性質(zhì)、型砂成

31、分的配比、砂型的緊實度等因素有關(guān)。,(2）鑄型溫度 預(yù)熱鑄型能減小金屬與鑄型的溫差，從而提高其充型能力。 例如，在金屬型中澆注鋁合金鑄件鑄型溫度由340提高到520，在相同的澆注溫度（760）下，螺旋線的長度由525mm增加到950mm。 用金屬型澆注灰鑄鐵時，鑄型的溫度不但影響充型能力，而且影響影響鑄件是否出現(xiàn)白口組織。 在熔模鑄造中，為得到清晰的輪廓，將型殼加熱到800以上進(jìn)行澆注,（3）鑄型中的氣體,鑄型有一定的發(fā)氣能力，能在金屬液與鑄型之間形成氣膜，可減小流動的摩擦阻力，利于充型。,表2-7 濕砂型和干砂型中鋼液流動性的比較,根據(jù)實驗，濕型中的水大于6和煤粉大于7時，由于發(fā)氣量過大，在

32、型腔中產(chǎn)生反壓力，充型能力下降。 型腔中氣體反壓力較大的情況下，金屬液可能澆不進(jìn)去，或者澆口杯、頂冒口中出現(xiàn)翻騰現(xiàn)象，甚至飛濺出來傷人。所以，鑄型中的氣體對充型能力影響很大。,減小鑄型中氣體反壓力的途徑： （1）適當(dāng)降低型砂中的含水量和發(fā)氣物質(zhì)的含量，亦即減小砂型的發(fā)氣性； （2）提高砂型的透氣性。,3、澆注條件方面的因素,澆注溫度的影響 澆注溫度對液體金屬的流動性、充型能力有決定性影響，在一定范圍內(nèi)，充型能力隨澆注溫度上升而直線上升。,澆注溫度的影響,對于薄壁鑄件或流動性差的合金，利用提提高澆注溫度改善充型能力的措施，在生產(chǎn)中經(jīng)常采用，也比較方便。但是，隨著澆注溫度的提高，鑄件一次結(jié)晶組織粗大容易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、裂紋等缺陷，因此必須綜合考慮。 依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，一般鑄鋼的燒注溫度為1520一1620，鋁合金為680一780。簿壁復(fù)雜鑄件