铸件收缩和膨胀的动态叠加
发布时间：2020-06-08 16:44
<p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">一个铸件各个区域的冷却速度是不同的，薄壁部分比厚壁部分冷却速度大，铸件的棱角边缘比中心除却速度大。一般工程上测定铸件的冷却曲线，只是被测点一处的冷却、凝固情况，而不能代表整个铸件。就一点而言，收缩在前，膨胀在后，二者是不能相抵的。就铸件整体而言，各个区域进入收缩、膨胀的时间是不同的，有先有后，相互交错、重叠。</span></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><br/></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">确切地说，一个铸件在凝固的某一时刻，有些部分正在收缩，有些部分已经进入石墨化膨胀，时间是同时的，铁波是相通的。这时，服縮就可以叠加相抵，铸件表现出来的收缩值，实际上是胀缩相抵的净结果，其原理如图1-2所示。图中A为型腔充填开始点，进入型腔的铁液温度随之下降，发生收缩，收缩量随充填体积增加而增大；同时，受铸型激冷作用，铁液凝固并开始石墨化膨胀。</span></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><br/></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">B为型腔充填完毕，整体温度下降速率达最大值。C为铸件凝固结束时刻点。Q为石墨化膨胀速率最大值。曲边 三角形ABC为铸件的总收缩，为液态收缩与凝固收缩之和。曲边三角形ADC为铸件的石墨化膨胀。曲边三角形AB'P为铸件胀缩相抵的净收缩，称为铸件的表观收缩，是铸件表现出来能被测量到的收缩值为铸件凝固时间为铸件表观收縮时间，即铸件存在自补不足的差额时间，也是冒口外部补缩时间。户为均衡点，对应的时间是铸件收缩量等于膨胀量的时间，此时表观收缩为零，即为冒口补缩终止时间.AF/AC为铸件收缩时间分数，由于存在石墨化膨胀，铸铁件收缩时间只占凝固时间的一部分。<br/></span></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;"><br/></span></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><br/></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; white-space: normal; text-align: center;"><img class="rich_pages" src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/TCIDp9rFWabmWeEzOmqorUgPUMMMEAkCDCibK8yUpqrCh0S8pmqpfvSiaxgH6sVJpzzBuuPYVba2AGGWCEVr9QdQ/640?wx_fmt=png"/></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal; line-height: 1.75em;"><br/><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;"></span></p><p><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">铸铁合金收缩值大，石墨化膨胀最小，则表观收缩值大，均衡点P后移，冒口补缩量大，补缩时间长。如果铸件无膨胀（如铸钢、白口铸铁、铝铜合金等），P点和C点重合，铸件的凝固时间就是冒口补缩时间。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">铸件単位时间的收缩量（称为收缩速度）大.即收缩来的集中，相对石墨化膨胀后移，表观收潴量加大，则必须加强冒口的外部补缩，这相当于小型铸铁件的情况。对于厚大铸铁件，收缩速度小，相对石墨化膨胀提前，有利于胀缩相抵，使均衡点前移，缩短了冒口补缩时间。所以，凡有利于铸件收缩后移和石墨化膨胀提前的因素，都有利于胀缩的早期叠加，使均衡点尸前移， 使冒口尺寸减小.提高铸型刚性，可以提高石墨化膨胀的利用程度，不使型壁外移消耗膨胀量于型腔扩大，也有利于均衡点P前移。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">由铸件收缩和膨胀的动态叠加图，可以说明同一种合金，浇注不同的铸件，对应有不同收 缩值的原因。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">① 铸钢、白口铸铁、铅铜合金铸件，无凝固膨胀，其叠加图如图1-3a。</span></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">这种合金，可或看成是凝固时膨胀量为零。胀缩叠加的结果，P点和C点重合，铸件表观收 缩三角形和合金体收缩三角形重合，收缩时间等于凝固时间。冒口设计釆用顺序凝固原则，使冒口同时于或晚于铸件凝固。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">② 可锻铸铁件，铸态呈白口凝固，无石墨化膨胀。高温退火时，石墨析出产生膨胀，属收缩与膨胀完全分离型，不存在白补缩作用。退火时产生的石墨化膨胀（V石），只能产生“件壁迁 移”，但它也不会增加铸件缩孔、缩松的体积。这是铸铁件液态收缩（V液）、凝固收缩（V凝）、石墨化膨胀（V石），型壁迁移（V型）体积不能简单代数相加的极端例子。由于时闾的分离，可锻铸铁 的石墨化膨胀100%不能用于铸造成形时的补缩，冒口设计釆用顺序凝固原则，如图l-3b。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">③球墨铸铁小件，属于“集中收缩、骤然膨胀”胀缩部分分离型叠加模式。球化剂中镁、铈等元素阻碍石墨生长，使初生石墨和共晶石墨析出生长的温度下降.石墨生长速度变慢。球墨 铸铁共晶反应的过冷度明显地大于普通灰铸铁。石墨生长达到一定的尺寸后，被奥氏体所包 围，石墨的迸一步生长受到碳在奥氏体中扩散的制约，继续生长受到限制，过冷度进一步加大， 必然会产生树枝晶。过冷产生额外的液态收缩和球墨铸铁小件冷却速度大而生成的树枝晶的凝固收缩之总和，就加大了球墨铸铁小件的收縮倾向。凝囲初期收缩来的集中，石墨化膨胀被 延迟。尽管球墨铸铁有较高的碳当量（一般CE = 4.3%〜4. 7%）,按计算应该有较大的石墨化 膨胀值，但是由于胀缩的分离，石墨化膨胀不能利用于擬固初、中期的补缩，还要靠相对较大的 冒口外部补缩，如图1-3c。</span></section><section><br/></section><section><img class="rich_pages" src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/TCIDp9rFWabmWeEzOmqorUgPUMMMEAkCsetqee1xKV4S4JfvdYaZ41HvYEJYM87p4q2hngGxqPBM8HPxqQ0YNA/640?wx_fmt=png"/></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">由于球墨铸铁小件在表观收缩阶段过多地从冒口中吸入了铁液，当大量石墨化膨胀到来 时，所增加的体积补偿了一部分同时的收缩，剩余的部分只能挤压件壁产生型腔扩大。如果在 凝固早期冒口补缩不足,就会存在縮孔、缩松缺陷，又有大的型腔扩大现象。这就是球墨铸铁件 收缩大、型壁迁移也大的原因。为此，研究球墨铸铁中、小件的胃口补缩技术比追求提高铸型刚性对提髙儔件致密性更有效。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">球墨铸铁小件要强调冒口的补缩，但冒口也不必要晚于铸件凝固，它的石墨化膨胀利用程度低，也还存在中后期的自补缩作用。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">④ 灰铸铁和中、大型球墨铸铁件属胀縮部分重合型，膨胀可以大部分被利用，如图l-3d所示。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">灰铸铁中片状石墨的生长是不受抑制的共生生长，形核和生长温度之间的差别小。和球墨 铸铁相比过冷度小，凝固模式更趋于逐层凝固，石墨化膨胀相对提前，自补缩利用程度高。球墨铸铁中、大件冷却速度较小，收缩分散，石墨化膨胀相对提前，有利于胀缩的早期叠加，可版采用浇口当冒口，或用专设的冒口进行外部朴缩。由于补缩时间只占铸件凝固时间的一部分，冒口不必晚于铸件凝固，冒口中用于补缩的体积也是有限的，称有限冒口工艺。</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">⑤提高铸型的刚性，可以提高石墨化膨胀自补縮的利用程度，软的铸型，因为一部分膨胀消耗在型腔扩大上，相对减小了石墨化膨胀的体积，如图l-3e。铸件表观收缩时闾延长（从AP1延长到AP2),所需外部补缩量加大（从曲边三角形佬乃加大到AB1P1加大到AB2P2)</span></section><section><br/></section><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">⑥均衡凝固胀缩完全叠加的物理模型。设想有一种铸铁合金成分，其总收缩量和总石墨化膨胀量相等，如果能控制在单位时间内的收缩量和膨胀量自始至终按1:1的比例进行，铸件任何时候都不会产生体积亏损和盈余，石墨化膨胀被100%的利用，如图l-3f.</span></section></p><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; clear: both; color: rgb(51, 51, 51); font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; text-align: justify; white-space: normal;"><br/></p><p><section><span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 16px;">均衝凝固胀缩完全叠加，铸件可以不用冒口，既不会产生缩孔缩松，也没有型腔扩大，这种 膨胀和收舘按比例进行的模式就是均衡擬固的物理模型。</span></section><section></section></p><p><br/></p>
