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銅熔體流動性的探討
來源:
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作者:pmo0cbdb2
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發(fā)布時間: 2018-06-20
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一、溫度對流動性影響
熔體的流動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、表面張力小的流動性好，黏度大表面張力大的流動性差。金屬液體的流動性和其他液體一樣，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、流動性越好，當(dāng)熔體從高溫降至熔點或者液相線溫度時，黏度急劇加大，流動性大幅度降低。
形成固溶體的合金，當(dāng)結(jié)晶溫度的范圍較寬時，流動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)量達到某一臨界值時，熔體便停止流動。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、熔體流動性愈差。
二、元素對流動性影響
純銅以及普通黃銅的流動性較好，而大多數(shù)多元復(fù)雜銅合金的流動性較差。少量的磷、硅能顯著改善銅及其合金的流動性。
在流動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)擴大相對應(yīng)，可以認為是熔體中的第二相(初晶團或枝晶“骨架”)增加了熔體黏度的緣故。例如，含硅在2%~5%時，銅硅合金熔體的流動性出現(xiàn)了低點，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提高流動性，銅一鋁合金熔體流動性最小值大概對應(yīng)于a固溶體最大結(jié)晶區(qū)間，隨后流動性的提高與合金向共晶成分移近有關(guān)。
銅中加錳，也是開始時熔體流動性提高而后下降，含20%Mn時流流動性處于最低點，含20%.~40%Mn時流動性重新提高，同樣是結(jié)晶溫度范圍的變化所致。
銅中加入1%Ni時熔體流動性出現(xiàn)最高點。鎳含量4%~10%時黏度明顯提高，流動性明顯下降。隨著鎳含量增加到18%時，表面張力一直不斷增加?？傊?銅一鎳合金隨著結(jié)晶溫度范圍的擴大而流動性逐漸降低。
對于一定組元成分的合金而言，要提高其熔體的流動性，應(yīng)當(dāng)加強熔體的脫氣、除雜和清渣，因此保持熔體的純浄是十分必要的。
三、機械攪拌對流動性的影響
機械攪拌銅水繞軸循環(huán)流動，如果沒有形成阻擋流動形式，將不會形成紊流，會很容易形成流動死角，而且根據(jù)工頻爐爐子的結(jié)構(gòu)，沒有形成上下對流，將對整體流動攪拌效果打折。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候，還會形成吸氣的現(xiàn)象，如圖三、圖四所示。
當(dāng)然每個廠家的需求不同，也就需要的攪拌形式不同，但是必須要清楚認識熔體流動形式，哪種流動方式對自身銅液有利。
熔體的流動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、表面張力小的流動性好，黏度大表面張力大的流動性差。金屬液體的流動性和其他液體一樣，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、流動性越好，當(dāng)熔體從高溫降至熔點或者液相線溫度時，黏度急劇加大，流動性大幅度降低。
形成固溶體的合金，當(dāng)結(jié)晶溫度的范圍較寬時，流動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)量達到某一臨界值時，熔體便停止流動。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、熔體流動性愈差。
二、元素對流動性影響
純銅以及普通黃銅的流動性較好，而大多數(shù)多元復(fù)雜銅合金的流動性較差。少量的磷、硅能顯著改善銅及其合金的流動性。
在流動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)擴大相對應(yīng)，可以認為是熔體中的第二相(初晶團或枝晶“骨架”)增加了熔體黏度的緣故。例如，含硅在2%~5%時，銅硅合金熔體的流動性出現(xiàn)了低點，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提高流動性，銅一鋁合金熔體流動性最小值大概對應(yīng)于a固溶體最大結(jié)晶區(qū)間，隨后流動性的提高與合金向共晶成分移近有關(guān)。
銅中加錳，也是開始時熔體流動性提高而后下降，含20%Mn時流流動性處于最低點，含20%.~40%Mn時流動性重新提高，同樣是結(jié)晶溫度范圍的變化所致。
銅中加入1%Ni時熔體流動性出現(xiàn)最高點。鎳含量4%~10%時黏度明顯提高，流動性明顯下降。隨著鎳含量增加到18%時，表面張力一直不斷增加?？傊?銅一鎳合金隨著結(jié)晶溫度范圍的擴大而流動性逐漸降低。
對于一定組元成分的合金而言，要提高其熔體的流動性，應(yīng)當(dāng)加強熔體的脫氣、除雜和清渣，因此保持熔體的純浄是十分必要的。
三、機械攪拌對流動性的影響
圖一：機械攪拌裝置
機械攪拌銅水繞軸循環(huán)流動，如果沒有形成阻擋流動形式，將不會形成紊流，會很容易形成流動死角，而且根據(jù)工頻爐爐子的結(jié)構(gòu)，沒有形成上下對流，將對整體流動攪拌效果打折。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候，還會形成吸氣的現(xiàn)象，如圖三、圖四所示。
圖二：水模擬示蹤
圖三：攪拌吸氣
圖四：氣泡群
圖五：流體模擬矢量圖
通過數(shù)值模擬，很明顯看到，這種機械攪拌的水平方向流體動能較大，循環(huán)流動明顯，但是攪拌槳的上部和下部的流動，只能是通過流體撞擊爐壁，進而形成流動，完全達不到上下對流，也不能完全滿足銅水充分攪拌要求。當(dāng)然每個廠家的需求不同，也就需要的攪拌形式不同，但是必須要清楚認識熔體流動形式，哪種流動方式對自身銅液有利。
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