理论教育 铸件凝固区域分析与优化

铸件凝固区域分析与优化

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:凝固区域 铸件在凝固过程中,除纯金属和共晶合金之外,其断面上一般存在三个区域,即固相区、凝固区和液相区。铸件的质量与凝固区域的大小和结构有密切关系。随着铸件的冷却,液相线等温面和固相线等温面向铸件中心推进,在铸件全部凝固后,凝固区域消失。这种凝固方式称为逐层凝固。

铸件凝固区域分析与优化

(1)凝固区域 铸件在凝固过程中,除纯金属和共晶合金之外,其断面上一般存在三个区域,即固相区、凝固区和液相区。铸件的质量与凝固区域的大小和结构有密切关系。图4-1是铸件在凝固过程中的某一瞬间的凝固区域示意图

随着铸件的冷却,液相线等温面和固相线等温面向铸件中心推进,在铸件全部凝固后,凝固区域消失。

(2)凝固方式 铸件的凝固方式是根据铸件凝固时其断面上的凝固区域的大小来划分的,一般分为逐层凝固、糊状凝固(体积凝固)、中间凝固三种方式。

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图4-1 铸件在凝固过程中的某一瞬间的凝固区域示意图

d—铸件壁厚 T—铸件瞬间温度曲线 tL—液相线 tS—固相线

1—铸型 2—固相区 3—凝固区 4—液相区

1)逐层凝固。逐层凝固如图4-2所示。图4-2所示为在恒温下结晶的纯金属或共晶成分的合金某瞬间的凝固情况。tC为结晶温度,T1T2是铸件断面上两个不同时刻的温度场。

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图4-2 逐层凝固

a)纯金属或共晶合金 b)窄结晶温度范围合金(www.daowen.com)

从图4-2可以看出,恒温下结晶的合金,在凝固过程中其铸件断面上的凝固区的宽度等于零,断面上的固体和液体由一条界线清楚地分开。随着温度下降,凝固层逐渐加厚直至凝固结束。这种凝固方式称为逐层凝固。

如果合金的结晶温度范围ΔtC很小或断面上的温度梯度δt很大,则铸件断面上的凝固区域会很窄,如图4-2b所示。这种情况也属于逐层凝固方式。

2)糊状凝固。糊状凝固如图4-3所示。当合金的结晶温度范围ΔtC很宽,或铸件断面温度场较平坦(见图4-3b)时,在铸件凝固过程中,铸件断面上凝固区域很宽,在某一段时间内,凝固区域甚至会贯穿于铸件的整个断面,铸件表面尚未出现固相区,这种凝固方式称为糊状凝固或体积凝固。

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图4-3 糊状凝固

a)合金的结晶温度很宽 b)铸件断面温度场较平坦

3)中间凝固。中间凝固如图4-4所示。如果合金的结晶温度范围ΔtC较窄(见图4-4a),或者铸件断面上的凝固区域宽度介于逐层凝固和糊状凝固之间,则属于中间凝固方式。

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图4-4 中间凝固

a)合金的结晶温度范围较窄 b)铸件断面温度梯度较大

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