合金的鑄造性能(編輯修改稿)
2024-09-01 04:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。其中，對(duì)鑄件 質(zhì)量影響較大的主要是 液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式”依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分，有如下三類(lèi)。 ?、?逐層凝固 純金屬或共晶成分合金(例如圖B1中的a成分)在凝固過(guò)程中不存在液、 固相并存的凝固區(qū)(圖B2鑄件的凝固方式(a))，故斷面上外層的固體和內(nèi)層的液體由一條界線(xiàn)(凝固前沿)清楚地分開(kāi)。隨著溫度的下降，固體層 不斷加厚，液體層不斷減少，凝固前沿不斷向中心推進(jìn)，直至中心。這種凝固方式稱(chēng)為逐層凝固。 ② 糊狀凝固 如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬(例如圖B1中的c成分)，且鑄件內(nèi)的溫度 分布曲線(xiàn)(圖B1中的t鑄件 曲線(xiàn))較為平坦，則在凝固的 某段時(shí)間內(nèi)，鑄件表面并不存在固體層，而液、固相并存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面(圖B1(C))。因?yàn)檫@種凝固方式與水泥類(lèi)似，即先呈糊狀而后固化，故稱(chēng)為糊狀凝固。 ?、?中間凝固 大多數(shù)合金(例如圖B1中的b)的凝固方式介于上述兩者之間，稱(chēng)為中間凝固方式。 鑄件的凝固與鑄造缺陷的關(guān)系： 一般說(shuō)來(lái)，逐層凝固有利于合金的充型及補(bǔ)縮，便于防止縮孔和縮松；糊狀凝固 時(shí)，難以獲得組織致密的鑄件。 （2）影響鑄件凝固方式的主要因素 ?、?合金的結(jié)晶溫度范圍 合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。例如：砂型鑄造時(shí)，低碳鋼為逐層凝固；高碳鋼因結(jié)晶溫度范圍甚寬，為糊狀凝固。 ?、?鑄件斷面的溫度梯度 在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決于鑄件斷面的溫度梯度(見(jiàn)圖B2中 T1→T2 )。若鑄件的度梯度由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄。 圖B2 鑄件的凝固方式 鑄件的溫度梯度主要取決于： 合金的凝固溫度越低、導(dǎo)溫系數(shù)越大、結(jié)晶潛熱越大，鑄件內(nèi)部溫度均勻 化能力就越大，溫度梯度就越小(如多數(shù)鋁合金)； 鑄型蓄熱系數(shù)越大，對(duì)鑄件的激冷能力就越強(qiáng)，鑄件溫度梯度就越大； 澆注溫度越高，因帶入鑄型中熱量增多，鑄件的溫度梯度就越??； 鑄件壁厚越大，溫度梯度就越小。 通過(guò)以上討論可以得出：傾向于逐層凝固的合金(如灰鑄鐵、 鋁硅合金等)便于鑄造，應(yīng)盡量選用；當(dāng)必須采用傾向于糊狀凝固 的合金(如：錫青銅、鋁銅合金、球墨鑄鐵等)時(shí)，可考慮采用適 當(dāng)?shù)墓に嚧胧?例如，選用金屬型鑄造)，以減小其凝固區(qū)域。 3 合金的收縮及其影響因素 (1)合金收縮的原理及過(guò)程 液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)是由原子集團(tuán)和“空穴”組成的。原子集團(tuán)內(nèi)部的原子呈有序排列，但原子間距比固態(tài)時(shí)大。將液態(tài) 合金澆入鑄型后，溫度不斷下降，空穴減少，原子間距縮短，合金液的體積要減小。合金液凝固時(shí)，空穴消失，原子間 距進(jìn)一步縮短。凝固后繼續(xù)冷卻至室溫的過(guò)程中，原子間距還要縮短。 合金由澆注溫度冷卻到室溫的收縮經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： ①液態(tài)收縮 即從澆注溫度到開(kāi)始凝固的液相線(xiàn)溫度之間，合金處于液態(tài)下的收縮。它使型腔內(nèi)液面下降。 ②凝固收縮 即從凝固開(kāi)始溫度到凝固終了溫度之間，合金處于凝固過(guò)程的收縮。在一般情況下，凝固收縮仍主要表現(xiàn)為液面的下降。 ③固態(tài)收縮 即從凝固終了溫度至室溫之間，合金處于固態(tài)下的收縮。此階段的收縮表現(xiàn) 為鑄件線(xiàn)性尺寸的減小。 合金的液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的主要原因；而固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形、裂紋的根 本原因，并直接影響鑄件的尺寸精度。 （2）影響合金收縮的主要因素 ?、俸辖鸬幕瘜W(xué)成分 不同合金的收縮率不同。在常用合金中，鑄鋼的收縮率最大，灰鑄鐵的收縮率最小?；诣T鐵 收縮率很小的原因是： 由于其中大部分碳是以石墨狀態(tài)存在的，石墨的比容大，在結(jié)晶過(guò)程，中石墨析出所產(chǎn)生 的體積膨脹，抵消了合金的部 分收縮。 表B1 不同合金的收縮率 合金種類(lèi)鑄 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 澆注溫度/℃ 液態(tài)收縮 凝固收縮 固態(tài)收縮 總體積收縮 鑄造碳鋼 白口鑄鐵 灰鑄鐵 % % % 1 610 1 400 1 400 % % % 3% % % % ～% ～% % 12～% ～% ?、跐沧囟? 澆注溫度越高，合金的液態(tài)收縮量越大。 ?、坭T型條件和鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件的實(shí)際收縮區(qū)別于合金的自由收縮，它會(huì)受到鑄型及型芯的阻礙；而且由于鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜及壁厚不均，冷卻時(shí)各部分相互牽制也會(huì)阻礙收縮。 ●合金的凝固與收縮——鑄件中的縮孔與縮松 鑄件中的縮孔與縮
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