鑄造合金流動性測定試驗與研究

2018-03-12 01:16:10邢小穎徐江波

設備管理與維修 2018年17期

邢小穎，湯彬，徐江波，馬運

（清華大學基礎工業訓練中心，北京 100084）

0 引言

鑄造性能是一個復雜的綜合性能，不是單一的物理性質，通常用充型能力、收縮性、偏析程度等來衡量。充型能力一般指液態金屬填充鑄型的能力。合金的流動性取決于化學成分和澆注條件。一般情況下影響液態合金流動性的因素主要有3個方面。

（1）合金的種類。不同的合金種類，具有不盡相同的螺旋線長度，即其流動性不一樣。

（2）化學成分和結晶特征。純金屬和共晶成分的合金，由于是在恒溫下結晶的，液態合金從表層逐漸向中心凝固，固液界面比較光滑，對液態合金的流動阻力較小。同時，共晶成分合金的凝固溫度最低，可獲得較大的過熱度，推遲了合金的凝固，所以流動性最好。其他成分的合金是在一定溫度范圍內結晶的，由于初生樹枝狀晶體與液體金屬兩相共存，粗糙的固液界面使合金的流動阻力加大，合金的流動性大大下降。一般來說，合金的結晶溫度區間越寬，流動性越差。

（3）鑄型及澆注條件。鑄型的結構越復雜、導熱性越好，合金的流動性就越差。提高合金的澆注溫度和澆注速度、增大靜壓頭的高度，會使合金的流動性增加。鑄鋼的澆注溫度為（1520～1620）℃，鑄鐵為（1230～1450）℃，而鋁合金為（680～780）℃。

1 試驗材料及方法

試驗材料有3種，分別為純鋁、鋁硅共晶合金和 ZL101。分析合金流動性時，常將合金液在凝固過程中停止流動的溫度稱為零流動性溫度，而將合金液加熱到零流動性溫度以上所測得的流動性稱為真正流動性，將在同一澆注溫度下測得的流動性稱為實際流動性（圖1）。零流動性的溫度不太容易被確定，因此，如果沒有單獨說明，流動性則指實際流動性。

圖1 各種流動性的示意

螺旋試樣法是測定鑄造合金流動性最常用的方法，分為標準法和簡易法。標準法采用同心三螺旋流動性測試裝置，而本試驗采用簡易法單螺旋流動性測試裝置（圖2、圖3）。螺旋線形試樣按內澆口位置又可分為內流式與外流式，內流式結構簡單，外流式的結構較復雜，測定結果的精確度較高。在測試過程中：環境溫度一般為（10～30）℃；上下鑄型保持一致，不能有錯位現象；所做砂鑄鑄型一般不能超過1 h；所采用的熱電偶和二次儀表應在澆包內進行溫度的測量，并控制澆注溫度在合金相線以上（50～90）℃；當測得的溫度到達要求時，應立即進行澆注，澆注液流應平穩；澆注完成后等待30 min進行落砂處理，處理完成即可測出螺旋試樣長度；測量完成后，判定合金流動性的標準就是所測試樣長度和澆注時的溫度。標準法的測試標準是以每次測試的3個同心螺旋線的算術平均值為結果，而簡易法的測試標準是以3次相同合金同樣的澆注溫度下的單螺旋線長度的算術平均值為結果。每次測試時，因為鑄型條件和澆注條件不能保證完全一致，特別是澆注速度、流量等波動對測試結果有很大的影響，所以采用這種測試方法最為重要的一點是穩定金屬壓頭。