1.金属充型能力测定

实验27 金属充型能力测定

一、意义和目的

流动性是指金属液本身充填铸型的一种能力。流动性良好的金属液，它的充型能力就强；反之，充型能力就弱。所以，流动性是铸造合金重要的铸造性能之一。

流动性好的合金，由于其充性能力强就易使金属充满铸型，有利于获得形状完整、轮廓清晰的铸件。流动性差的合金。充型能力就弱常易使铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷，并使非金属夹杂和气泡在金属液中难以排除而且使补缩困难。

影响铸造合金的流动性的因素很多，合金的化学成分，实质上也就是其凝固方式（逐层凝固、糊状凝固、中间凝固等方式）是主要影响因素之一。

共晶成分的合金同其他成分的合金相比，具有最佳的流动性。原因是共晶成分的合金无结晶间隔，倾向于逐层凝固方式；它的结晶潜热集中释放；同相同合金的其他成分相比，共晶温度总是比较低的，所以它的液态金属便于过热，容易获得过热温度较高的金属液。

合金的结晶间隔越宽，越是倾向于糊状凝固方式。树枝状的初生晶越是发达。金属液处于结晶态下流动时，初生晶的枝晶骨架严重地阻碍流动并且从液流中析出的细小晶粒集中于液流流头中，还随着流头的流动而长大。当流头中晶粒形成了连续的网络，液流压力不能克服网络的阻力时，流头就停止流动。结晶间隔越是宽的合金，这种合

金的金属液在结晶态下流动时，初生晶的枝晶骨架阻力就越大，金属液流头就越容易发生由于晶粒网络的堵塞作用而停止流动的情况。所以合金的结晶间隔越宽，则其结晶态下的流动性就越差。

本实验的目的和要求是：

1．比较近共晶成分的孕育铸铁和亚共晶成分铸铁的流动性。掌握测定流动性的方法。

2. 比较静态和动态的螺旋形流动性试样的差别和分析动态螺旋形流动性的方法。

3. 考察这两种成分铸铁流动性试样流头的特点和分析流头停止流动的原因。 二、测定原理

1．静态螺旋形流动性试样

螺旋形流动性试样的铸型结构如图1-1所示。

金属液从浇杯（Ⅰ）浇入，当浇杯中的液面超过高坝（Ⅲ）的高度后就会流入溢流杯（Ⅴ）中。当溢流杯亦容纳不了溢流金属液时，则可以从溢流道流走。因此高坝、溢流杯和溢流道的作用是保证浇注时直浇道（Ⅵ）的自由液面高度不会超过80毫米。同样，低坝（Ⅱ）的作用则是保证直浇道中自由液面高度不会低于70毫米。所以上述特殊的浇杯结构其作用是保证试样浇注过程中，直浇道里始终保持70～80毫米稳定的几何压头，以使螺旋形流动性试样的流动长度不受直浇道几何压头变化过剧的影响。

直浇道根部全压开（Ⅶ）的作用是当直浇道中建立了70～80毫

米稳定的几何压头之后，才使金属液流入螺旋形的型腔，以确保浇注条件的恒定，排除由于浇注条件的不稳定对金属液流动长度的影响。金属液在稳定的几何压头作用下。在空腔断面为5×8×8毫米（梯形断面的下底×上底×高度，见图1，a-a断面）的螺旋形型腔中流动。金属液停止流动后所获得的螺旋形试样的总长度就是合金的流动性指标，其单位为毫米。金属液的流动长度（毫米）越长，则其流动性越好；反之，则越差。

图1 测定金属液流动性的螺旋形试样的铸型

Ⅰ——浇杯 Ⅱ——低坝 Ⅲ——高坝 Ⅳ——溢流道 Ⅴ——溢流杯 Ⅵ——直浇道 Ⅶ——全压井 Ⅷ——螺旋形试样行腔

不反映金属液流动开始和结束整个过程的，也就是不反映流动长度与时间之间关系的螺旋形流动性试样谓之静态试样。静态螺旋形流动性试样仅以过程终态的金属液流动长度反映合金流动性的好坏。 2．动态螺旋形流动性试样

动态试样能够反映金属液整个流动过程，即能够反映金属液流动长度与时间之间的关系。

（1）金属液吞食电阻法 使螺旋形流动性试样成为动态试样，先用动态水平圆直棒形流动性试样来说明这种方法的基本原理。

测定装置如图2所示。它由铸型、电阻丝、光线示波器恒流电源等几部分组成。该装置中有一根粗细均匀、阻值稳定的电阻丝（如φ0.3毫米的镍铬丝）平铺于试样的型腔中。电阻丝上通以恒定直流电流。金属液流入铸型后，在其流动过程中逐渐把电阻丝吞食。由于水平圆棒的横截面积远大于电阻丝的截面积，而且金属液的电阻率又远小于电阻丝的电阻率，因此，被金属液吞食的电阻丝就相当于被金属液所短路，这就使电阻丝的电阻值随着电阻丝和吞食长度的增加，也就是随着金属液流动长度的增加而线性地减少。如下式所示： R=R0-rL

R——电阻丝被金属液吞食长度L后的总电阻值； L——金属液流动长度； r——单位长度电阻丝的电阻值； R0——电阻丝原来的总电阻值。

由于电阻丝处于恒流电路中，当它由于被吞食而使电阻值变小时，通过电阻丝的电流强度并不发生变化。这样，根据欧姆定律，电阻丝被吞食前后的电压降将会发生变化。即：

图2 动态水平圆直棒形流动性试样装置示意图

V=IR=I（R0-rL）=V0-I rL

电阻丝被吞食前后的电阻丝两端的电压变化量△V为： △V=V0-V=IrL

V0——浇注前电阻丝两端的电压；

V——电阻丝被吞食长度L后其两端的电压； I——恒流电路中的电流值。

I和r均为常数，因此△V只和L有关，即电阻丝被吞食前后的电阻丝两端电压变化量△V就反映了金属液流动长度L。所以在金属液流动过程中用光线示波器连续地测出△V随着时间τ而变化的规律，即△V-τ的关系曲线就可以获得金属液流动长度L随时间τ而变化的规律，即L——τ的关系曲线。

因此采用金属液吞食电阻法就可以获得动态的流动性试样。 （2）动态水平圆直棒形流动性试样的L——τ曲线。

这种动态流动性试样一般具有如图3所示的L——τ曲线形式，供分析动态螺旋形流动性试样的L——τ曲线时参考。用光线示波器测出的是△V与τ的关系，由于△V可以代表金属液流动长度L，因