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銅熔體流動(dòng)性的探討
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作者:pmo0cbdb2
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發(fā)布時(shí)間: 2018-06-20
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一、溫度對(duì)流動(dòng)性影響
熔體的流動(dòng)性通常用液體的黏度來表征，并與表面張力成線性關(guān)系，黏度小、表面張力小的流動(dòng)性好，黏度大表面張力大的流動(dòng)性差。金屬液體的流動(dòng)性和其他液體一樣，與金屬的特性和成分有關(guān)，也與金屬熔體的溫度有關(guān)。溫度越高黏度越低、流動(dòng)性越好，當(dāng)熔體從高溫降至熔點(diǎn)或者液相線溫度時(shí)，黏度急劇加大，流動(dòng)性大幅度降低。
形成固溶體的合金，當(dāng)結(jié)晶溫度的范圍較寬時(shí)，流動(dòng)的熔體中由于有樹枝晶的出現(xiàn)，特別是液流的前端枝晶不斷發(fā)展長大，使熔體的黏度增加而使流速下降。當(dāng)液流前端的枝晶數(shù)量達(dá)到某一臨界值時(shí)，熔體便停止流動(dòng)。合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬、兩相區(qū)域愈大、枝晶愈發(fā)達(dá)、熔體流動(dòng)性愈差。
二、元素對(duì)流動(dòng)性影響
純銅以及普通黃銅的流動(dòng)性較好，而大多數(shù)多元復(fù)雜銅合金的流動(dòng)性較差。少量的磷、硅能顯著改善銅及其合金的流動(dòng)性。
在流動(dòng)性與合金組元成分關(guān)系圖中，隨著成分的增加，有的出現(xiàn)最低波谷，這往往與某些合金的共晶兩相區(qū)(L+a)擴(kuò)大相對(duì)應(yīng)，可以認(rèn)為是熔體中的第二相(初晶團(tuán)或枝晶“骨架”)增加了熔體黏度的緣故。例如，含硅在2%~5%時(shí)，銅硅合金熔體的流動(dòng)性出現(xiàn)了低點(diǎn)，這是由于正處于結(jié)晶溫度范圍較大區(qū)間的緣故。 銅中加少量的鋁也會(huì)提高流動(dòng)性，銅一鋁合金熔體流動(dòng)性最小值大概對(duì)應(yīng)于a固溶體最大結(jié)晶區(qū)間，隨后流動(dòng)性的提高與合金向共晶成分移近有關(guān)。
銅中加錳，也是開始時(shí)熔體流動(dòng)性提高而后下降，含20%Mn時(shí)流流動(dòng)性處于最低點(diǎn)，含20%.~40%Mn時(shí)流動(dòng)性重新提高，同樣是結(jié)晶溫度范圍的變化所致。
銅中加入1%Ni時(shí)熔體流動(dòng)性出現(xiàn)最高點(diǎn)。鎳含量4%~10%時(shí)黏度明顯提高，流動(dòng)性明顯下降。隨著鎳含量增加到18%時(shí)，表面張力一直不斷增加。總之,銅一鎳合金隨著結(jié)晶溫度范圍的擴(kuò)大而流動(dòng)性逐漸降低。
對(duì)于一定組元成分的合金而言，要提高其熔體的流動(dòng)性，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)熔體的脫氣、除雜和清渣，因此保持熔體的純浄是十分必要的。
三、機(jī)械攪拌對(duì)流動(dòng)性的影響
機(jī)械攪拌銅水繞軸循環(huán)流動(dòng)，如果沒有形成阻擋流動(dòng)形式，將不會(huì)形成紊流，會(huì)很容易形成流動(dòng)死角，而且根據(jù)工頻爐爐子的結(jié)構(gòu)，沒有形成上下對(duì)流，將對(duì)整體流動(dòng)攪拌效果打折。圖二所示是水溶液中攪拌，示蹤劑在水中的分布，示蹤劑與水有密度差，在這種攪拌的形式下，上部的示蹤劑是很難跟水溶液充分接觸的，而且在攪拌速度較大的時(shí)候，還會(huì)形成吸氣的現(xiàn)象，如圖三、圖四所示。
熔體的流動(dòng)性通常用液體的黏度來表征，并與表面張力成線性關(guān)系，黏度小、表面張力小的流動(dòng)性好，黏度大表面張力大的流動(dòng)性差。金屬液體的流動(dòng)性和其他液體一樣，與金屬的特性和成分有關(guān)，也與金屬熔體的溫度有關(guān)。溫度越高黏度越低、流動(dòng)性越好，當(dāng)熔體從高溫降至熔點(diǎn)或者液相線溫度時(shí)，黏度急劇加大，流動(dòng)性大幅度降低。
形成固溶體的合金，當(dāng)結(jié)晶溫度的范圍較寬時(shí)，流動(dòng)的熔體中由于有樹枝晶的出現(xiàn)，特別是液流的前端枝晶不斷發(fā)展長大，使熔體的黏度增加而使流速下降。當(dāng)液流前端的枝晶數(shù)量達(dá)到某一臨界值時(shí)，熔體便停止流動(dòng)。合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬、兩相區(qū)域愈大、枝晶愈發(fā)達(dá)、熔體流動(dòng)性愈差。
二、元素對(duì)流動(dòng)性影響
純銅以及普通黃銅的流動(dòng)性較好，而大多數(shù)多元復(fù)雜銅合金的流動(dòng)性較差。少量的磷、硅能顯著改善銅及其合金的流動(dòng)性。
在流動(dòng)性與合金組元成分關(guān)系圖中，隨著成分的增加，有的出現(xiàn)最低波谷，這往往與某些合金的共晶兩相區(qū)(L+a)擴(kuò)大相對(duì)應(yīng)，可以認(rèn)為是熔體中的第二相(初晶團(tuán)或枝晶“骨架”)增加了熔體黏度的緣故。例如，含硅在2%~5%時(shí)，銅硅合金熔體的流動(dòng)性出現(xiàn)了低點(diǎn)，這是由于正處于結(jié)晶溫度范圍較大區(qū)間的緣故。 銅中加少量的鋁也會(huì)提高流動(dòng)性，銅一鋁合金熔體流動(dòng)性最小值大概對(duì)應(yīng)于a固溶體最大結(jié)晶區(qū)間，隨后流動(dòng)性的提高與合金向共晶成分移近有關(guān)。
銅中加錳，也是開始時(shí)熔體流動(dòng)性提高而后下降，含20%Mn時(shí)流流動(dòng)性處于最低點(diǎn)，含20%.~40%Mn時(shí)流動(dòng)性重新提高，同樣是結(jié)晶溫度范圍的變化所致。
銅中加入1%Ni時(shí)熔體流動(dòng)性出現(xiàn)最高點(diǎn)。鎳含量4%~10%時(shí)黏度明顯提高，流動(dòng)性明顯下降。隨著鎳含量增加到18%時(shí)，表面張力一直不斷增加。總之,銅一鎳合金隨著結(jié)晶溫度范圍的擴(kuò)大而流動(dòng)性逐漸降低。
對(duì)于一定組元成分的合金而言，要提高其熔體的流動(dòng)性，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)熔體的脫氣、除雜和清渣，因此保持熔體的純浄是十分必要的。
三、機(jī)械攪拌對(duì)流動(dòng)性的影響
圖一：機(jī)械攪拌裝置
機(jī)械攪拌銅水繞軸循環(huán)流動(dòng)，如果沒有形成阻擋流動(dòng)形式，將不會(huì)形成紊流，會(huì)很容易形成流動(dòng)死角，而且根據(jù)工頻爐爐子的結(jié)構(gòu)，沒有形成上下對(duì)流，將對(duì)整體流動(dòng)攪拌效果打折。圖二所示是水溶液中攪拌，示蹤劑在水中的分布，示蹤劑與水有密度差，在這種攪拌的形式下，上部的示蹤劑是很難跟水溶液充分接觸的，而且在攪拌速度較大的時(shí)候，還會(huì)形成吸氣的現(xiàn)象，如圖三、圖四所示。
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