铸造成型实验：线收缩率测量与工具整理

1.金属液的充型能力及流动性测定实验

（1）实验目的

了解合金的化学成分和浇注温度对金属液充型能力和流动性的影响；熟悉采用螺旋形试样测定铸造金属液的流动性和评定其充型能力的方法。

（2）实验内容

利用电阻坩埚炉熔化合金；使用螺旋形试样的模样造型；完成浇注；冷凝后得到试样。通过测量试样长度来判断合金在不同条件下的流动性和充型能力。

（3）实验设备和工具

电阻坩埚炉（5kW）、螺旋形试样模样（图14-1）、热电偶测温仪、型砂、砂箱、造型工具和浇注工具等。

（4）实验原理

充型能力是金属液充满铸型型腔、获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。充型能力主要取决于液态金属的流动性，同时又受相关工艺因素的影响。

金属液的流动性是金属液本身的流动能力，通常用规定铸造工艺条件下流动性试样的长度来衡量。流动性与金属的成分、杂质含量及物理性能等有关。

图14-1　螺旋形试样

影响金属液充型能力的工艺因素主要有浇注温度、充型压力等，提高浇注温度或充型压力，均有利于提高充型能力。

（5）实验方法和步骤

1）合金的熔化、保温。

方案一：将某一成分的铝硅合金放入坩埚炉中，加热熔化并过热到一定的温度保温。

方案二：将同一成分的铝硅合金（适量）分别置于两个坩埚炉中，加热熔化并过热到不同的温度保温。

2）造型。

方案一：采用同一个螺旋形试样的模样分别制作两个直浇道高度不同的砂型。

方案二：采用同一个螺旋形试样的模样分别制作两个直浇道高度相同的砂型。

3）浇注。

方案一：将熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度不同的砂型中。

方案二：将两个坩埚炉中加热熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度相同的砂型中。

4）开型、落砂。待试样凝固后即可开型并落砂。

5）测定流动性。分别测出不同试样螺旋形部分的长度（凸点间距L0＝50mm，设凸点数为n，不足L0的长度A0估出，L＝L0×n＋A0）。

6）填写实验记录，并整理好工具、模样、砂箱，清扫造型场地。

（6）实验报告主要内容及要求

1）填写实验记录。

在表14-1中填写实验记录。

表14-1　实验记录

2）实验分析。

①分析浇注温度对合金流动性及充型能力的影响。

②分析充型压力（直浇道高度）及铸型导热能力对充型能力的影响。

③分析浇注时如何提高金属液的充型能力。

3）思考题。

①合金流动性和充型能力有何区别？

②铁碳合金的流动性和铁碳平衡图之间有何关系？

③可采用哪些措施提高合金的充型能力？

（7）实验注意事项

1）舂砂时不得将手放在砂型上，以免砸伤。

2）清除型内散砂时，不得用嘴吹，以防迷眼。(https://www.xing528.com)

3）不得用手、脚触摸刚落砂的铸件和浇注系统，以免烫伤。

4）浇注时需对准外浇口，防止金属液飞溅。

2.铸造合金收缩率的测定

（1）实验目的

通过测定不同成分铸造铝合金的线收缩率和冷却曲线，掌握测定铸造合金线收缩的方法。

（2）实验原理

合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸产生的缩减的现象，称为收缩。收缩是合金的物理特性。收缩会给铸造工艺带来许多困难，是多种铸造缺陷产生的根源，因此必须研究合金的收缩规律。合金的收缩经历如下三个阶段：

液态收缩：从浇注到凝固开始温度间的收缩。

凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度间的收缩。

固态收缩：从凝固终了温度到室温间的收缩。

合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的收缩，常用单位体积收缩量来表示。合金的固态收缩不仅会引起合金体积上的缩减，同时，更明显地表现在铸件尺寸上的缩减，因此，固态收缩常用单位长度上的收缩量来表示，即称为线收缩。线收缩量与铸型型腔长度之比称为合金的线收缩率。

图14-2所示为测定合金线收缩的装置。将被试验的合金浇入砂型2内，砂型左端有一个固定杆1，合金凝固后此杆为固定端。砂型右端有一个金属杆3浇合在试样内，此端可随试样自由收缩，自由端杆3与滑杆4相连接。滑杆在导轮5上移动，以减小摩擦阻力，滑杆与千分表6接触。试样伸缩时，可以从千分表上读出伸缩的数值。所测得数据可以看成合金的自由线收缩，从而就可算出其自由线收缩率。

图14-2　合金线收缩装测定装置简图

1—固定端金属杆；2—砂型；3—自由端金属杆；4—滑杆；5—导轮；6—千分表

合金线收缩率的表达式：

式中，aL——合金的收缩系数，1／℃；

t0——金属线收缩开始温度，℃；

t1——室温，℃；

L0——铸型型腔长度，mm；

L1——铸件长度，mm。

收缩是铸造合金本身的物理性质，铸件产生裂纹、应力、变形等缺陷与固态收缩有关，且合金的线收缩率是正确制定铸造工艺方法、控制铸件质量的重要依据。

（3）实验设备及材料

坩埚电阻炉1台、铸铁坩埚1套、浇注工具1套、自由线收缩仪1台、XWT-264台式自动平衡记录仪1套、热电偶1套、ZL102和ZL203若干。

（4）实验方法与步骤

1）熔化合金至760℃保温。

2）造型。将砂型置于线收缩仪机座上，将石英管穿过石墨套塞安于砂型两侧预留孔内适当位置，保证型腔长度200mm，同时紧固石墨套塞。

3）连接记录仪与收缩仪导线，调整仪表，位移量转换为电信号后由XWT-264蓝色记录，量程用0.5V挡；温度用红色记录，量程用50mV挡，记录速度为1200mm／h。

4）准备就绪后，先开动仪表记录，然后浇注金属液，仪表自动记录温度和位移量—时间关系曲线，注意观察记录曲线变化。

5）每隔10s读出千分表上收缩量（从收缩开始计时）。

6）温度降至200℃，实验结束，关闭仪表，拆下试样，测量长度。

7）比较记录纸上所记录收缩量与千分表读数，分析实验结果，填写实验报告。

（5）实验注意事项

1）开动仪器前，注意记录仪与位移传感器调零。

2）安装热电偶接线时注意极性，热电偶从砂型中间预留孔插入。

3）浇注前测铝液温度不得低于750℃。

（6）实验报告要求

1）简述实验原理及实验过程。

2）整理实验数据，撰写实验报告。

3）分析实验结果，写出实验体会。