重力驱动的铸造工艺分类有很多,其中就包括重力铸造,影响铸件品质的原因有很多,但是对于充型有决定性影响因素的只有一个,那就是金属液的速度。
1995年,日本人Itamura通过实验和计算机仿真,佐证了这个0.5m/s的最大临界速度,他的实验结果发现,大于0.5m/s的速度进行充型,会显著增加卷气氧化皮等缺陷的风险。对于不同的金属材料来说,这个最大临界速度也略有差别。对于铸铁、钢和铜而言,最大临界速度约为0.4m/s,对于镁以及镁合金而言,临界速度约为0.55~0.6m/s之间。
当金属液的速度超过了最大临界速度,那么原有的表面张力不足以对抗金属液的冲速,这样原有的金属液外表面就会被突破,形成湍流。在通常情况下,金属液的表皮部分会覆盖一层氧化物薄层,因为被空气中的氧原子氧化。
注:金属液表面的覆盖层也常有其他物质,比如铁液的表面也常有石墨层,只是氧化物层的情况最为常见
突破了原有金属液的外表面之后,就会形成新的氧化层,在重力的作用下,飞溅的股液会重新落下,这样发生新旧两层氧化皮的折叠堆积(简称Bifilms),当铸件凝固之后,这些氧化皮折叠的区域会表现为铸件上或者内部的缝隙裂痕,造成铸件的可见表面缺陷、降低铸件的机械强度和疲劳寿命、以及铸件气密性不良等问题。
如果金属液的速度超过临界,那么就会造成铸件整个品质变得很垃圾,让铸件变成了与废品没什么差别的东西,所以在制作的时候要控制的因素有很多。