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正文:
凝固收縮
通常,凝固時(shí)
金屬液由“隨機(jī)緊密堆積”結(jié)構(gòu)變?yōu)橐?guī)則的
密排晶體結(jié)構(gòu),這種原子的重新排列會引起收縮。
最致密的那些固體具有密排(面心立方,fcc;密排六方,
hcp)結(jié)構(gòu)。因此,最大凝固收縮量能在具有這種結(jié)構(gòu)的金屬中觀察
到,如表7.1所示,它們的收縮量介于3.2%~7.2%,而密排度
略小的體心立方(bcc)凝固收縮量在2.o%~3.2%的范圍內(nèi),固
態(tài)致密度更小的其他材料凝固收縮量會更小。
除了凝固時(shí)收縮的普遍模式外,還有些材料凝固時(shí)體積膨
脹,這包括水、硅以及鉍,當(dāng)然還包括鑄鐵——這可能是最重要的
合金。
記得在寒冷的天氣里,放在門階上的牛奶凝固時(shí)會充分地
膨脹,將玻璃瓶脹裂(這個(gè)故事透露了我的年齡!)。同樣的原因:
冰塊在冰槽中膨脹,而總能使其被快速卡住。類似地,“活字金屬
”(一種鉍合金)能夠成功地被用來鑄造活字而應(yīng)用于印刷業(yè)就得益
于它在凝固時(shí)膨脹的性能,這種性能能讓合金滿足印刷文字對精致
細(xì)節(jié)的要求。碳當(dāng)量超過約3.6%的石墨鑄鐵,由于低致密度相石
墨的析出會引起類似膨脹。無補(bǔ)縮需求的灰口鑄鐵同其他凝固變“
白”的鑄鐵形成了鮮明對比,也就是說灰口鑄鐵中石墨被白口鑄鐵
中的非平衡碳化物所取代。實(shí)際上,白口鑄鐵通常與鋼類似,都存
在凝固收縮。
對大多數(shù)凝固時(shí)發(fā)生收縮的金屬來說,清楚地認(rèn)識到在補(bǔ)縮不
足的鑄件中會發(fā)生哪些問題,這一點(diǎn)很重要。作為無補(bǔ)縮鑄造的理
想情況,考慮“球體凝固”模型有指導(dǎo)意義。假設(shè)該球已通過可以
忽略的微小內(nèi)澆口得到補(bǔ)縮,直到固體形成一定厚度的凝固殼
補(bǔ)充金屬的供應(yīng)源也隨之被凝固堵塞。隨著凝固繼續(xù)進(jìn)行,
凝固殼層類似洋蔥一層一層地凝固,其厚度為出,同原來的金屬液
相比,如層所占體積的減小就意味著要么會形成孔洞,要么金屬液
會發(fā)生少許膨脹,周圍的固體也不得不相應(yīng)地產(chǎn)生少許收縮。假設(shè)
此時(shí)沒有有利的核心用于生成孔洞,那么金屬液將不得不通過膨脹
來調(diào)節(jié),從而形成拉力或負(fù)壓狀態(tài)。同時(shí)金屬液同封閉的固體殼層
處于力學(xué)平衡狀態(tài),有效地向內(nèi)部抽緊。當(dāng)有更多類似洋蔥的固體
層形成時(shí),金屬液中的拉力升高,引起金屬液膨脹,固體殼層會塑
性退讓,不斷被拉向內(nèi)部。
讀者可以發(fā)現(xiàn),利用“凝固球”模型容易設(shè)想金屬在凝固
時(shí)發(fā)生膨脹這種與實(shí)際正好相反的情況,從該模型中容易看出:在
這種情況下,形成的固體擠壓殘余金屬液,使其進(jìn)入更小的體積空
間,因此金屬液會承受正壓力。顯然內(nèi)部正壓力會作用于金屬液并
壓縮它,反過來金屬液也會對固體殼層產(chǎn)生作用,使其膨脹。
出自http://www.bjsgyq.com/
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