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#材料成型原理实验指导书
兰州理工大学材料科学与工程学院
《材料成型原理》实验指导书
(铸造、焊接、金压)
2006.3.15
实验一铸造合金流动性的测定
一、概述
液态合金充填铸型型腔获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为液态合金的充型能力。
它受合金性质、铸型性质、浇注条件和铸件结构四方面因素的影响。
流动性是指液态合金本身充填铸型的能力。
流动性好的合金,出于其充型能力强,因而容易充满型腔,有利于获得形状完整、轮廓清晰的铸件。
流动性差的合金,充型能力就差,容易使铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷。
因此,流动性是铸造合金重要的铸造性能之一。
二、测试方法
流动性测试是将液态合金浇入专门设计的流动性试样沟道(型腔)中,以其停止流动时获得的长度作为流动性指标:
也可以用试样尖端或织薄部分被充填的程度作为流动性指标。
后者旨在研究液态合金充填型腔细薄部分及棱兔的能力。
由于流动性的测定是在特定的铸型条件、浇注条件和试样沟道中进行的,所以,测定时必须稳定上述条件,才一能保证测试结果有较好的再现性和精确度。
铸造合金种类繁多(铸铁、铸钢、有色合金、高温合金等等),各种合金的物理及热物理性质千差万别;所研究问题的侧重点又不尽相同。
因此,流动性试样的类型很多,其中,绝大多数采用重力浇注方法,个别采用真空吸铸;沟道大多做成直棒形或弯曲成一定形状(如螺旋线形)。
试样铸型大多为砂型和金属型,偶尔采用石墨型。
下面介绍几种常用或结构特殊的流动性试样。
1、螺旋线形
螺旋线形应用最为广泛,目前已被建议为标准方法。
螺旋线形流动性试样见图:
5-4。
螺旋线形试样以采用阿基米德螺旋线和渐开线为多见。
按内浇口位置又可分为内流式与外流式,内流式结构简单,造型万使,坦由子流道袖辜运新增人,局韶祖力损失随流程的增大而增大,再加上沿捏沮力损失,将使液态合金的流动条件的变化较大。
外流式的结构较复杂,但局部蛆力损失渐趋减少。
沿程阻力损失逐渐增大,结果,流动“件“变化较小,测定结果的精确度较高。
由于铸型和浇注条件在每次测试由很难保持一致,特别是浇注时压头(浇注速度、流量等)的波动对测试结果的影响很大。
因此,采用这种试样取得满意结果的关键,在于稳定金属压头。
目前,主要采取改进浇注系统结构,使浇注时金属压头尽可能稳定的措施来提高测试的精确度。
图1一1螺旋线形流动性试样
2、真空吸铸流动性述祥(水平式)
水平真空吸铸式流动性测试装置见图1-2.
图1-2水平真空吸铸装置示意图
l.埔锅2.电炉3.耐热玻瑞4.真空室5.艾空计6.气压控制器7.抽气口
这种测试方法的优点是铸型条件和液态合金的充型压头稳定一真空度可随液态合金的密度不同而改变,能使各种合金在相同压头下充填铸型万提高了测定结果的再现性,还可以观察充填过程,记录流动长度与时间的关系侄是这种测定装置比较复杂。
3、花盘形流动性试样
试样流道截面积的选择,对流动性测量敏感性的影响很大;截面过小,浇注温度影响流动性的敏感性变差;而截面过大,液态合金的表面张力及氧化膜影响流动性的敏感性变差。
花盘形流动性试样可同时浇注若干根粗细不等的沟道,排除了试样截面大小上选择的困难,又可反映充填细薄铸件的能力。
图1-3花盘形流动性试样
1.直浇道2、3.内浇道4.充型能力的测定沟道5.流动性的测定沟道
图1-3为花盘形流动性试样,其申0号沟道具有和普通螺旋试样相同的断面和长度,用于测定合金熔液的流动性。
1号至10号沟道的长度相同,但截面积依次递减10%,并在每根沟道上做出等分的10个凸点,其中充满的根数为基数,次一根充到的点数为小数点后的数,这一数值表示了充型能力。
例如前5根充满,第6根充到8点处,则充型能力为5.8级。
花盘形试样的特点是结构紧凑,辐射状的排列可以保证充型条件相近。
但花盘形试样存在同螺旋试样相似的缺点
4、立柱形流动性试样
立柱形流动性试样实际上反映了液态合金的充型能力。
图1-4a是浇柱立柱形
试样的铸造型。
a)铸型b)直径倒数值的计算
图1-4立柱形试样
在直径相等且相切的两个匾柱形立柱间形成一个棱边尖角,液态合金因毛细管作用而充入其间,只要测出浇成试样倒锥体尖端的直径,就可以用此直径的倒数表示充型能力。
如图5-7t,此直径d可按下式计算
式中:
R为圆柱形立柱的半径;X为试样两尖端间距离之半。
上式是在液态合金
殉浸润楚为1800时的计算式,文献泣8三表明,浸润角小千此值时,对测试结果的
影响不大。
所以,当圆柱形立柱的尺寸选定时,只要测定试样两失端间的距离2x,
就不难通过上式计算充型能力F
这种试样的充型能力与压头h,液态合金的密度P、表面张力σ间的关系是
式中,g为重为加速度。
圆柱形试样的忧点是直观,测量方便,且给出整个液柱高度范围下的许多测量值它既可测定纯液态合金性质对充型能力的影响,又可说定凝固特性对充型能力的影响。
三、主要影响因素及其控制
影响液态合金流动性的因素很多,其中主妻有合金成分,浇注腻度、铸型条阵和压失等一般说来,这些因素是保证测试精确度,使测定结果具有良好再现性的关键。
1、合金成分的影响
不同成分的合金具有不同的结晶方式,结晶温度范遇窄的合金倾向千逐层凝固,流动性好。
结晶温度范围宽的合金倾向千糊状凝固,流动睦差。
易形成低熔点夹杂或降低熔液粘度及减小合金结晶温度范围的元素,对提高流动性有利,反之则不利。
合金成分作为实验研究内容,一般是确定的。
这样,从实验角度看,影响流动性测试精度与再现性的主要因素为微量固体夹奈。
这就需要严格掌握熔炼操作如,选用干净、干澡、没有遗传性的原料;熔炼过程中尽量避免熔液氧化和吸气:
对某些合金要充分脱氧或精炼除气,减少熔液中的固体夹杂物及气体。
此外,对某些合金还要控制残留夹杂物的类型,如对钢液进行说氧时,先加硅铁后再加锰饮会形成大量细小的高熔点尖角形SiO2,难以去除,钢液流动性变差,但如先加锰铁后和硅铁,脱氧产物主要是低熔点硅酸盐,容易去除,有利千钢液的流动。
2、铸型条件的影响
铸型条件的影响体现在两个方面:
(1)铸型的机械阻力对液态合金充型速度的影响;
(2)铸型与液态合余的热交换强度对其保持流动能力的肘间的影响
影啊充型速度的有沟道的沿程阻力和局部阻力及沟道中气体的反压力等。
沟道的沿程阻力与铸型的表面状况有关,局部阻力与试样的形式、浇注系统的结构等因素有关,而沟道中的气体反压力则主要取决于型砂水分等发气物质的含量、铸型透气性和排气孔的开设。
在实验中上述因素的影响机制是十分复杂的,例如,铸型具有一定的发气能力时,能在金属液与铸型之间形成气膜,从而减小流动的沿程阻力损失总之,在实验申中应努力保证这些因素不变。
液态合金与铸型的热交换强度和铸型的蓄热系数及铸型的温度有关,而这些因素对流动性的影晌也是十分复杂的。
实验中应尽可能使涂料、型砂成分、砂型的紧实度以及铸型的温度等因素保持不变,或将其影响减至最小
流动性试样如在金属型内浇注,主要控制因素是金属型的预热温度。
在使用涂料的情况下,涂料的成分及涂料层厚度应保持一致。
3、浇注温度的影响
浇注温度对液态合金流动性的影响很大,一般在流动性实验中将其作为主要的研究内容之一。
从实验角度来说,重要的是如何控制进入沟道的熔液温度恰好是实验万案规定的浇注温度一般情况下,浇包与浇口杯中熔液的温差是很大的因此为了保证实验精度与再现性,应当直接测定进入沟道时的熔液温度。
目前一般采用在有问门的浇口杯山测温的办法,待温度达到实验万案的规定温度时,迅速开闸浇注。
当然浇口杯中的液态合金在浇注过程中还会继续降温,分析实验结果时,应考虑这一因素。
4、充型压头的影响
充型压共是液态合金在沟道中流动的动力,必须保证充型压头稳定。
稳定充型压头必须考虑静压头的控制与动压头的控制,目前主要在浇口杯上采取措施。
图1-5所示侧挡板定量浇口杯,可以消除由于浇注速度不稳定而造成的动压头波动。
侧挡板与塞杆相比,在提起时对液态合金的扰动较小,并且便于观察提起前有无液态合金的渗漏。
在浇口杯侧面所高的溢流槽,用以控制定量浇口杯中金属液面的高度但这种方法仍难排除充型过程中静压头的变化,流动性差,液面下峰少。
图1-5测挡板浇口杯
1.溢流槽2.热电偶3.浇口杯4.侧挡板
图1-6所示堤坝式浇口杯,可以稳定静压头。
图1-6a的结构由于液流居中,有可能削弱或干扰高坝的作用,故以图1-6b的结构为好。
这类浇口杯对稳定静压有一定的作用,但仍有一定的波动,为了尽量减少这种波动,△H宜小,但△H过小时溢流将过多,一般取=1.0cm比较适当。
图1-6堤坝式浇口杯
为使试样沟道中一有流动,即处于H+△H的全压,可以在直浇道下设置一容积足够的积液坑(全压),其结构见图1-7。
积液坑的容积V1可田下式确定:
式中V2一直浇道容积
TV2一直浇道充满时间,TV2=V2/(Q2–Q1);Q2、Q1分别为直浇道出、入口处流量。
若近似认为Q1不随时间变化,则上式可写作:
式中,k、u一一分别为直浇道出口截面与人口截面的流量系数;
F、F一一分别为直浇道出、入口截面积。
为了避免V1过大,可适当加大(Q2–Q1)。
图1-7积液坑
四、实例
沈阳铸造研究所草拟的合金流动性测定规范为螺旋形试样,规范主要内容如下:
1、试样及铸型见图1-8。
一个外浇口箱同时浇注三个螺旋试样,取其平均值表示流动性。
2、型砂配制:
采用40-10目石英砂100%,粘土18%,水分5.5%,干混5~l0min,湿压强度(0.4-0.5)×105Pa
3、造型:
手工造型。
螺旋线试样模板起模时要平稳,尽量不修型。
铸型紧实度用硬度计检验。
注意在沟道末端处开设排气孔。
4、合箱:
放置铸型的地面应使用水平尺检查以保证铸型呈水平。
热电偶安放在浇口杯内,距杯底约l0mm,伸出15-20mm。
5、浇注:
浇注前先在浇包中侧温,严格控制浇注温度。
浇注要平稳,流股大小要适中。
图1-8螺旋形流动性试样的铸型图
实验2合金铸造应力的测定
一、概述
合金在凝固后的冷却过程中,由于铸件各部分冷速不均或受机械阻碍,或相变不同步时,都会使其线收缩受阻而产生铸造应力。
铸造应力按其成因,相应有热应力、机械阻碍应力和相变应力。
形成铸造应力的原因去除后,若应力随即消失,则称作临时应力,而若保留在铸件中,则为残留应力。
一些部位的残留应力是拉应力,另一些部位则受压应力,它们在铸件内达到暂时的平衡。
铸造应力是铸件产生变形或冷裂的主要原因,对铸件质量影响很大。
因此,研究铸造应力,对于减小应力措施的制定及其效果的检验,具有重要意义。
有关铸造应力的试验研究,目前主要有以下三个方面。
1、测定铸件残留应力的数值,以研究各工艺参数对铸件残留应力大小的影响;
2、测定铸件退火过程中的应力变化曲线,以研究制订消除铸造应力的最佳退火工艺;
3、测定铸件冷却过程中应力的产生及变化过程,以探讨应力形成机理及其影响因素;
由于铸造应力是在长时间地从高温冷却到室温过程中形成的,与承载构件中的应力分析测试技术相比,铸造应力的测试更为困难,目前还只能做到有条件的比较。
在铸造应力的测试中引用新技术,不断提高测试精度,乃是当前一项重要的研究工作。
二、测试方法
1、应力框法
三杆式应力框试样见图2-1在试样浇注后冷却过程的后期,粗杆温度比细杆冷却快。
这一时期进行冷却时,两杆温差逐惭减小乃至消失。
由于粗细两杆温度不同。
冷却过程中的绝对线收缩也就不同。
但粗细两杆受两端横梁的制约,不能自由线收缩,应力逐渐增大,因而使在三杆中残留了应力:
粗杆残留拉应力,细杆残留压应力。
测试时,先将粗杆上凸台两端铣平,测出AB间尺寸玩。
然后在图2-1中X-X位置用钢锯锯断。
测出这时凸台两端距离L1,则中间杆所受拉应力便可计算得到。
图2-1三杆式应力框
在不考虑横梁及粗细杆弯曲变形的情况下,在锯断前,中间粗杆中的力F1与两边细杆中的力F11之间的关系为:
F1=2F11。
如粗、细杆的截面积分别为A1、A11,应力为σ1,σ11则σ1A1=2σ11A11;锯断后,粗杆的凸台长度由踞断前的Lo变为L1,而L1-L0是由粗杆因垃应力及细杆因压应力而合成的弹性变形量,计算方法为
式中:
σ1,σ11分别为粗杆、细杆的应变量;E1、E11粗杆、细杆的弹性模量,设E1=E11=E。
将
(1)代入
(2),整理后得粗杆内的拉应力σ1为
细杆中的压应力σ11可用同法求得为
由此可见,只有当两细杆截面积之和等于粗杆截面积时,拉应力和压应力才相等,否则粗杆中测得的仅代表试样中的残留拉应力,并且该数值随试样各杆截面尺寸的不同而不同。
所以,应特别注意的是,不同应力框测得的数据不具有可比性。
双杆式应力框见图2-2,测试时,将细杆上两凸台的端面铣平,测量两端面距离为L0,然后在图2-2中X-X位置用钢锯锯断,再测两端面距离为L1。
类似式(5-11)及式(5-12)的推导方法,可以求得粗杆中的残留拉应力σ1和细杆中的残留压应力σ11分别为
图2-2双杆式应力框
在设计应力框的浇注系统时,应使合金熔液均匀流入各杆。
以保证各杆中液态合金的初始温度尽可能一致。
应力框测定法的优点是不破坏铸件,测量方便,用与铸件留应力情况相当的一批应力框,进行不同条件的退火,还可以研究制定消除应力的最佳退火工艺,所以目前在生产与研究中的应用比较广泛。
这种方法的缺点是应力框结构和铸件结构相差较大,所测数值对铸件只有一定的参考价值。
其次,这种方法本身的准确性也不高。
2、直接测量法
为了测得机床床身、飞轮等铸件的残留应力,也可将这些铸件作破坏试验,直接测量其残留应力的大小。
通常采用电阻应变测量方法,即用电阻应变片测定铸件释放残留应力后产生的表面应变,再根据应力、应变的关系式,确定该残留应力值。
电阻应变测量技术,除需熟悉测量系统之外,还应正确掌握贴片技术。
一个测点上的贴片数和方位问题,由估计该点的应力状态而定。
图2-3测点的应力状态
如能明确断定测点是单向应力状态,则只要沿应力方向贴一个应变片就够了。
无论铸件其他处应力状态如何,铸件棱边上的测点,如图2-3的A点,却永远处于主方向平行于棱边的单向应力状态。
测得主应变后,测点的应力由单向应力状态的虎克定律:
a=Eε决定。
铸件表面上的点如处于双向应力状态(图2-3中的B点),则其应力一应变关系为
式中μ-泊松比
C一一剪切模量
δx、δy、δxy一一x,y向的应变及xy平面内的扭曲应变。
如果主应力方回可以断定,则可令式(5-16)中的δx=δ1、δy=δ2δxy=0y,得到
可见,一个双向应力状态的点,当主方向已知时,必须用两个应变片,沿两个主方问粘贴,测出两个应变δ1、δ2,才能算出主应力。
如果主方向无法预先断定,则由式(5-16)可知,必须有三个独立数据才能确定该点的应力状态,也就是要在该测点上沿不同方同贴三个应变片才行为简化应力计算,三个应变片的方位一般取特殊角,如图2-4所示。
三片450贴法的主应变δ´2和主应力σ´2的计算公式为
a〕三片450b)三片600
图2-4应变片的两种粘贴法
其主方向角Φ〔σ2与00轴线的夹角)的计算公式为
式中δ00、δ450、δ900――三片450贴法时相应应变片的应变值;
δ00、δ600、δ1200'一-三片600贴法时相应应变片的应变值.
三片450法用于主方向大致知道的情况,将互相垂直的两片沿沽计的主方向粘贴。
三片600法用于主方向无法估计的情况。
因为实际贴片方位和预定方位的角偏差对应力测量造成的误差与预定方位和主方向的夹角有关。
夹角越大,角偏差造成的误差越大,这就导致了上述两种贴法
贴好应变片.待胶充分干澡后即可逆行测试。
这时,逐渐在测点附近慢漫地钻去一薄层金属由于该点内应力被释放了,钻区附近产生的应变量由应变仪放大后由泛录仪记录。
如此反复进行到预定深度力止。
前后两次的数据差即为该次钻孔所除去残留应力引起的应变,进而根据上面列出的公式求得相应的应力。
随着高温应变片的出现,电阻应变测量方法也可以用于高温应力的测试,以了解铸件退火过程中应力变化的情况。
这时,只需将高温应变片焊在测量部位和引出导线即可,不须在铸件上钻孔,因为造成应变产生的应力释放是由温度造成的。
温测试的技术关键是高温应变片的制造,以及所采取的消除高温对测量结果影响的措施。
一般,高温应变片用金属片作基底,用高温胶把合金丝粘在基底上。
为消除温度变化对电阻值的影响,除工作片外,应增设补偿片,或用半桥自补偿应变片。
此外,还应注意排除基底与被测工件因热膨胀系数不同而造成的影响,最简单的办法是采用同质材料作基底。
3.动态应力测试法
在图2-1所示三杆式应力框中,每根直杆都串联一个测力传感器,就可以对杆内从形成应力到室温的拉或压应力的变化实现动态测试。
动态应力测试装置的原理见图2-5。
应力框4的两细杆直径为8mm,粗杆直径20mm横梁厚度为10mm。
内浇道2也是横梁的加强筋,厚度为3.5mm,浇注后,试样与测杆铸接,通过弹性元件6与固定端连在一起。
弹性元件6上贴有应变片形成的测力传感器。
传感器的最大测试应力应取传感器材料屈服强度的1/3左右,以保证良好的线性和灵敏度。
1.直浇道2.内浇道3.铸型4.试样5.水冷端6.弹性元件7.固定端8.水冷管9.底座图2-5动态应力测试装置简图
传感器的应力信号及热电偶的温瘦信号都送到函数记录仪。
即可将试样内的f0力一时间曲线和温度一时间曲线自动记录下来。
图2-6所示为对灰铸铁的测试结果。
冷却曲线在共晶转变时出现第一个平台。
当细杆出现共晶平台时,粗杆仍处液态,因而不产生应力。
温度继续下降,粗杆进入共晶转变,形成结晶骨架后,开始产生应力这时由于细杆收缩量大,粗杆收缩量小使细杆受拉,粗杆受压。
随着温度的下降,粗细杆的温差增大,其内应力也不断增大。
当粗杆凝固完了,粗杆温差最大,此时,粗杆受细杆的压力也最大。
此后,粗杆的冷却速度大于细杆,粗杆的收缩速度就大于细杆,以至杆由受压变为受拉,细杆由受拉变为受压。
1.粗杆温度2.细杆温度3.温度差4.粗杆应力
图2-6灰铸铁冷却曲线与应力曲线
温度继续下降,冷却曲线进入共析转变,出现第二个平台,重复前一过程。
因而,粗杆的应力发展过程是压一一拉一一压一一拉,最后残留拉应力。
细杆的应力发展过程是拉一一压一一拉一一压,最后残留压应力。
试验表明,灰铸铁冷却过程中,粗细杆有两次温度差峰值,相应地,粗杆和细杆各有两次应力峰值。
温度峰值对应粗杆是压应力峰值,对应细杆是拉应力峰值。
室温数据即为残留应力。
用这种方法测得铝硅合金(亚共晶)的残留应力为2~8N/mm2,灰铸铁为50~70N/mm2,铸钢约300N/mm2。
三、主要影响因素及其控制
1、弹性模量E
在应力框法中,必须己知E值才能算出应力。
在式(5-11)中,假设E拉=E压仅适用于铸钢,对铸铁则拉伸弹性模量与压缩弹性模量相差较大,故精确度要求高时应分别代入计算。
此外,资料报道的E值和试样E值也有很大差别,例如:
球铁因基体组织和球化率的不同,E值在130000-186000N/mm2间变化,灰铁随孕育情况不同而在70000-110000N/mm2间变化。
即使铸钢也因钢种不同而有很大变化。
这些都给计算结果带来误差,使测试结果的可比性变差。
如果减少这种误差,应使用同炉试样同时测定E值。
2.试样尺寸的影响
如前所述,应力框甲粗细杆截面积不同,所测拉应刃、压应力有不同的数值;此外,随试样截面积不同,合金在相同铸型条件下的冷却过程出粗细杆间的温度差不一样,截面积差越大,温差越大,应力框中的残留应力越大另外,试样长度越长,绝对收缩量越大,残留应力也越大反之,残留应力越小因此.不同应力框所测结果并不具有可比性。
如试样长度过短,则粗杆切断后的伸长量很小,难以测准。
铝合金残留应力很小,所引起的应变量也小,就较难测准。
所以,应根拒合金种类,统一制订应力框的尺寸标准。
据根铸件的壁厚、形状、尺寸等,自行确定试样尺寸,准确测定铸件中残留应力的数值,是解决生产问题的重要途径,但所得数据只是相对结果。
动态应力测试方法中的试样尺寸有类似影响,因此,也需根据具体条件确定。
四、实例
用图2-5所示动态应力测试装置,测试Al-Si合金应力框试样冷却过程中,粗细杆的热应力与时间、温度与时间、热应力与温度的动态曲线,了解铸造应力产生变化的过程和规律。
参考图2-5造型,分上下两箱,分型面要吻合,上型扎出透气孔。
合箱时要仔细,并注意防止试样与拉压力传惑器接合处的“跑火”。
在电阻增锅炉中熔制不同含硅量的各种铝合金,处理后进行浇注。
当浇人的液态合金与测力装置铸接后,便形成了一个封闭的应力框。
三根杆从浇注及随后的冷却至室温的热应为变化的全过程,由各自的传感器经应变仪送到函数记录仪记录下来。
实验3铝硅(ZL102)合金的熔炼
一、概述
铝硅(ZL102)合金的熔炼工艺包括:
配料、加料、熔化、精炼、变质及炉前检验等环节。
掌握这些环节的操作要领,特别是其中的精炼、变质和炉前检验等操作工艺,对确保合金材料的机械性能有特别重要的意义。
本实验通过熔炼ZL102的操作,从实践上认识铝合金的熔炼工艺要点,掌握用第一气泡法测定铝合金液中的含氢量,学会判断铝液的吸气程度和变质效果,了解变质处理对ZL102合金的金相组织和机械性能的影响。
二、实验原理
精炼、变质及炉前检验是熔炼铝合金的三个关键操作。
精炼的目的在于除净铝液中的非金属夹杂及气体。
精炼所用精炼剂有很多种,常月的有六氯乙烷咬C.C1户。
六氯乙烷为日色粉状结晶体,压成块状使用。
为了防止六氯乙烷吸潮,应置于干燥器中备用。
一般用量为铝液总量的0.3-0.6.00。
用钟罩将其压入铝液中后,产生如下反应
反应产物Cl、C,C1、AICl,在上浮过程中都可起到精炼作用。
ZL102合金中含氢量与CICl。
加入量间的关系见图3-1
图3-1ZL102合金中甘氢量与CCI加入量间的关系
使用六氯乙烷的缺点是它遇热分解出的氯是有毒气体,恶化劳动条件,腐蚀广房、仪器和设备。
近年来,国内外正在推广无毒精炼剂,且己取得了良好的效果,几种无毒精炼熔剂的配方见表3-1
表3-1几种无铸精炼熔剂的配方
变质处理是改善铝硅类铸造合金机械性能的重要手段。
ZL102合金在砂型铸造时,铸态组织中粗大的针状和板状共晶硅和多角形的初晶畦块(图3-2)都会严重割裂基体而降低机械性能。
所以当硅的质量分数高于6-8并在砂型铸造时,必须经过变质处理。
研究证明:
钠、鳃、秘、钙、锑、磅及混合稀土等元素对共晶硅都有良好的变质效果。
变质的结果,使针状硅变成细点状,基体也发生了亚共晶转变,出现大量初生的a树枝晶(图3-3)
(X400,0.5%氢氟酸水溶液)(X400,0.5%氢氟酸水溶液)
图3-2变前ZL102金相组织图图3-3变质后ZL102的金相组织
表3-2列出了铝硅合金常用变质剂的成分和变质温度范围。
氯化钾和氯化钠应经脱水处理,将变质剂压入铝液后,氟化钠与铝液产生下列反应
6NaF+Al一3Na+Na3AlF6
反应产生的钠盐溶入铝液而产生变质作用。
这种变质工艺安全可靠,效果稳定,是目前使用的主要方法。
ZL102合金中不含镁,可以采用熔点较高的二元变质剂,以提高钠的回收率。
ZL101、ZL104合金中含有镁,变质温度要低些,宜选用熔点较低的三元变质剂。
当浇注要求致密的重要铸件时,常常选择泛用变质剂。
表6-23铝硅合金常用变质剂
变质处理工艺应控制四个参数:
变质温度
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