材料成型基本原理复习

张力降低。

(4)溶质元素的自由电子数目 :

大凡自由电子数目多的溶质元素,由于其表面双电层的电荷密度大,从而造成对金属表面压力大,而使整个系统的表面张力增加。化合物表面张力之所以较低,就是由于其自由电子较少的缘故。

2-2:从停止流动机理角度,通常将合金分为两类,即具有固定凝固温度点或窄结晶温度范围的合金,以及宽结晶温度范围的合金。请基于机理分析两类合金的流动性差别。

纯金属和窄结晶温度范围合金停止流动的过程可以分为以下几个阶段:(a) 过热量未完全散失前为纯液态流动;

(b) 冷的前端在型壁上凝固结壳;

(c) 后边的金属液在被加热的管道中流动,冷却强度下降。 由于液流通过Ⅰ区终点时,尚有一定的过热度,将已经凝固的壳重新熔化,为第Ⅱ区,所以该区是先凝固成壳后又完全融化。第Ⅲ区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区,在该区的终点金属液耗尽了过热热量。在IV区,液相和固相具有相同的温度一一结晶温度。

由于在该区的起点处结晶开始较早,断面上结晶完毕也较早,往往在它附近发生堵塞。前端液态金属凝固收缩,形成吸力,产生喇叭状缩孔。

结晶温度范围很宽的合金的停止流动机理过程:在过热量未散失尽以前,金属液也以纯液态流动。温度下降到液相线以下时,从液流中析出晶体,顺流前进并不断长大。液流前端不断与冷的型壁接触,

因此冷速最快、所形成的晶粒数量最多,并且金属液的黏度增加、流速减慢。

当晶粒数量达到某一临界数量时,便结成一个连续的网络。当液流的压力不能克服此网络的阻力时,即发生堵塞而停止流动。在液态金属的前端析出15%~20% 的固相量时,流动就停止。合金的结晶温度范围越宽,枝晶就越发达,从液流前端析出相对较少的固相量时,亦即在相对较短的时间内,液态金属便停止流动。因此,对应相图上 结晶温度范围最大处成分的合金,其流动性最小。

2-3:为什么Al-Si合金液最佳流动性的成分范围不在共晶成分处,而在过共晶成分的某一范围?

Al-Si合金铸造后得到的组织是粗大的针状硅晶体和α固溶体的共晶组织,粗大的硅晶体极脆,严重地降低了合金的塑性和韧性。为改善合金的性能需采用变质处理,即在浇注前在合金液体中加入变质剂(常用钠盐混合物),以细化合金组织,提高合金的强度和塑性,由于钠能促进Si的生核,并能吸附在Si的表面阻碍它长大,使合金组织细化,同时使共晶点右移,原合金成分变为亚共晶成分,所以变质后的组织为初生α固溶体+细密的共晶体(α+Si)组成。共晶体中的Si细小,使合金的强度与塑性显著提高

2-5:某飞机制造厂的一牌号为Al-Mg合金(成分确定)机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废,如果你是该厂工程师,请问可采取哪些工艺措施来提高成品率?

答:机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的,可采取以下工艺提高成品率:

(1)使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力;采用预热铸

型,减小金属与铸型的温差,提高金属液充型能力。 (2)提高浇注温度,加大充型压头,可以提高金属液的充型能力。 (3)改善浇注系统,提高金属液的充型能力。

3-3 :凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度?

① 改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度; ② 选用适当的铸型材料和起始(预热)温度; ③ 在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口; ④ 在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。

3-4:比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。

答:一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为:

A球

所以凝固时间为:t球>t块>t板>t杆

3-5:在砂型中浇铸尺寸为300mm×300mm×20 mm的纯铝板。设铸型的初始温度为20℃,浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃,且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度为670℃,金属与铸型材料的热物性参数见下表:

热物性 材料 热导率λ W/mk 比热容c 密度ρ J/kg·K 1200 1840 Kg/m3 2700 1600 热扩散率结晶潜热 α:m2/s J/kg 6.5×10-5 3.9×105 2.5×10-7 纯铝 砂型 212 0.739 试求:(1)根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度s,并作出s曲线;

(2)分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间,并分析差别。

解:(1) 公式代入相关已知数:

b2= λ2c2ρ2??=

2b2(T???T20)

π??1 ??+??1(T10?T??)

解得:b2=1475 K=1.9433mm/ s

根据公式 τ=ζ/K 计算出不同时刻铸件凝固层厚度s 如表: η(s) 0 ζ(mm) 0 20 4.22 40 6.00 60 7.31 80 8.44 100 9.43 120 10.3

联系客服:779662525#qq.com(#替换为@)