铸件凝固动态曲线测定.doc

实验一铸件凝固动态曲线测定

合金液相线到固相线之间的温度间隔谓之结晶间隔,凝固过程中逐渐液相线等温面和固相线等温面之间的区域谓之凝固区域,反映凝固区域由表及里推移的最直观方法是凝固动态曲线,凝固区域是液固并存区。它的宽、窄、结构,向铸件中推进的速度以及最终推进到铸件中心的时间,对铸件的质量,如缩孔、缩松热裂,偏析等的形成都有影响。因此它是研究铸件凝固问题重要领域之一。本实验的目的在于学会测定铸件凝固动态曲线,对凝固区域结构建立起直观认识,验证铸件凝固的平方根定律。

如下图所示,由一维铸件表面至中心安放六根热电偶测得相应的六条冷却曲线,如图(a)所示,再以时间为横坐标轴,以铸件表面至中心的六根热电偶的安装位置,即以铸件表面至中心之距离为纵坐标轴,如图(a)每根冷却曲线与液相线和固相线的交点分别向下引出垂线,与各热电偶的位置线相交,得到的相应交点,把交点连接起来就构成了凝固动态曲线,所得之图即为凝固动态图如图(c)所示。
图(c)左边曲线同液相线相对应(如有过冷,则与一个略低的等温线相对应)。它表示不同时间铸件断面中凝固开始的部位,故谓之“凝固始液”。它实质上表示了铸件断面中液相线等温面从铸件表面向中心推进,在不同时间所处之部位,该曲线之斜率就表示液相线等温面向中心推进至速度。
图(c)右边曲线同固相线相对应,它表示不同时间铸件断面中凝固结束的部位,故谓之“凝固终夜”。它实质上表示了铸件断面中固相线等温面在不同时间时所处之部位,它的斜率就表示了固相线等温面向铸件中心推进的速度。 
在凝固动态图(c)上可以看出具有结晶间隔的合金在每个时间,从铸件表面至中心参在固相区(铸件表面至凝固终液),凝固区(凝固终波至凝固始波之垂直距离)和液相区三个区域。在图上可以看出铸件凝固过程即是凝固区域不断推向铸件中心液相区随之不断缩小以至于消失之过程。凝固终波到达铸件中心就表示铸件凝固过程已经结束。
所以动态曲线测定原理实际上就是把具有温度-时间坐标的多根冷却曲线转变成具有距离-时间坐标的凝固动态曲线图。无论多么复杂的合金,只要能在冷却线上找出合金在凝固过程中析出新相和析出终了的拐点,就能在凝固动态图上画出析出新相的始波和新相析出终了之终波。
将某液态金属在同一浇注温度下同时注入几个同样的铸型,经过不同时间间隔,分别使铸型中尚未凝固的残余液体流失,获得固态金属硬壳。这种铸件凝固的研究方法谓之残余液体流失法或倾出法。所得到的硬壳内表面叫倾出边界,所得到的硬壳厚度即为倾出边界向铸件中心推进之距离。此距离应符合平方根定律。在凝固动态图上不同时间内所得到的硬壳厚度的点并且再连接成线,就可以得到倾出边界动态曲线。
在凝固动态图上,倾出边界愈靠近凝固始波则说明愈易达成牢固的晶粒骨架,这种情况表示铸件凝固时,晶粒骨架中可能存在较多的、被晶架分隔成许多个孤立小熔池的残余金属波,并且亦表示铸件在凝固时期可能较早地产生线收缩。因此具有这种特点的合金就容易产生晶间缩松和热裂。

测定纯铝(Al)和ZL102(~%重量比),一维铸件的凝固动态曲线。
纯铝:熔点600℃,比重:/㎝3。
ZL102:液相线温度649℃,固相线温度540℃。
,仪器及材料
SG—5—12电阻坩埚炉二台,热电