金属结晶对流动性影响的原因及界限

1.流动性的概念

金属的流动性是指金属液本身的流动能力，是金属重要的铸造性能之一。金属的流动性越好，金属液充填铸型的能力越强，就越容易得到轮廓清晰、壁薄而形状复杂的铸件。因此，也常将金属的流动性概括为金属液充填铸型的能力。浇铸时，金属液能够充满铸型，是获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰铸件的基本条件。但是在充填过程中，金属液因散热而伴随着结晶现象，同时还遭受铸型的阻碍，如果金属的流动性不足，金属液在没充满铸型之前就停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔现象。

此外，金属的流动性好还有利于金属液中的气体、渣、砂等杂物的上浮和排除，易于对金属液在凝固过程中所产生的收缩进行补充。因此，在进行铸件设计和制定铸造工艺时，必须考虑金属的流动性。将熔融金属浇入如图9-1 所示的螺旋形试样的铸型型腔中，以得到的螺旋形试样的长度来评定金属的流动性。浇出的试样越长，金属的流动性越好，反之流动性越差。常用的铸造金属(合金)的流动性见表9-1，其中以灰铸铁、硅黄铜最好，铸钢最差。

图9-1　螺旋形试样

1—试样铸件； 2—浇口； 3—冒口； 4—试样凸点

表9-1　常用铸造合金的流动性

续表

2.影响金属流动性的因素

(1)化学成分(www.xing528.com)

不同种类的合金具有不同的流动性，同种类合金中，化学成分比例不同，结晶特性各有差异，其流动性也不尽相同。由于纯金属和共晶成分的金属是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度(即浇注温度与合金熔点的温度)，推迟了合金的凝固，因此其流动性最好。其他成分的合金则是在一定温度范围内结晶的，结晶过程中由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大降低。合金的结晶温度区间越宽，其流动性越差。图9-2 所示为铁碳合金含碳量与流动性的关系。

铸铁的其他元素(如Si、Mn、P、S)对流动性也有一定影响。硅和磷可提高金属液体的流动性，而硫可使液体的流动性降低。

(2)浇注条件

1)浇注温度。在一定温度范围内，浇注温度越高，合金的流动性越好。但当超过某一界限后，由于合金液体吸气多，氧化严重，流动性反而降低。因此根据生产经验，每种合金均有一定的浇注温度范围。一般铸钢的浇注温度为1 520 ℃～1 620 ℃； 铝合金的浇注温度为680 ℃～780 ℃； 灰铸铁的浇注温度为1 230 ℃～1 450 ℃； 黄铜的浇注温度为1 060 ℃；青铜的浇注温度为1 200 ℃左右。

2)充型压力。液态金属在流动方向所受的压力越大，流动性就越好。例如增加直浇道高度，利用人工加压方法如压铸、低压铸造等。

3)浇注系统的结构。浇注系统结构越复杂，其流动的阻力就越大，流动性就越低。故在设计浇注系统时，要合理布置内浇道在铸件上的位置，选择恰当的浇注系统结构和各部分的断面积。

(3)铸型的影响

图9-2　铁碳合金含碳量与流动性的关系

铸型的蓄热系数、温度以及铸型中的气体等均会影响合金的流动性。如液态合金在金属型比在砂型中的流动性差； 预热后温度高的铸型比温度低的铸型流动性好； 型砂中水分过多则其流动性差等。

(4)铸件结构的影响

当铸件壁厚过小、厚薄部分过渡面多、有大的水平面等结构时，都会使金属液的流动困难。