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1、金属成型理论基础 第三章 液态金属的构造和性质液态金属的构造液态金属的构造液态金属的性质液态金属的性质金属成型理论基础3.1 液态金属的构造液态金属的构造 一、金属的加热膨胀和熔化一、金属的加热膨胀和熔化 1.膨胀的缘由：膨胀的缘由：1原子间的斥力和引力随间隔变化快原子间的斥力和引力随间隔变化快慢不同，势能曲线不对称，振动中心位置变慢不同，势能曲线不对称，振动中心位置变远，原子间距增大远，原子间距增大 2“空穴的产生空穴的产生 金属成型理论基础结合力与结合能金属成型理论基础结合力与结合能原子间必需坚持一定的平衡间隔，这是固态金属中的原子趋于规那么陈列的重要缘由。金属成型理论基础金属成型理论基础
2、 金属从规那么的原子陈列突变为紊乱的金属从规那么的原子陈列突变为紊乱的 非晶质的过程，该过程中吸收的热量除了非晶质的过程，该过程中吸收的热量除了 使体积膨胀做功外，还添加了系统的内使体积膨胀做功外，还添加了系统的内 能。能。实际证明，金属熔化从晶界开场。实际证明，金属熔化从晶界开场。2.熔化熔化金属成型理论基础二、液态金属的构造二、液态金属的构造 1.间接法间接法 经过比较固液态和固气态转变的物理经过比较固液态和固气态转变的物理 性质的变化判别。性质的变化判别。1体积和熵值的变化体积和熵值的变化 2熔化潜热和汽化潜热熔化潜热和汽化潜热 2.直接法直接法 X射线或中子线分析研讨液态金属的原射线或
3、中子线分析研讨液态金属的原 子陈列。子陈列。液态金属中原子的陈列在几个原子的间距范液态金属中原子的陈列在几个原子的间距范围内，与围内，与 其固态的陈列方式根本一致，但由于原子间距的其固态的陈列方式根本一致，但由于原子间距的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化，热增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化，热运动加强。运动加强。金属成型理论基础700时液态Al中原子分布图金属成型理论基础1原子间仍坚持较强的结合能，平均原原子间仍坚持较强的结合能，平均原 子间距添加不大；子间距添加不大；2原子陈列在较小间隔内仍具有一定规原子陈列在较小间隔内仍具有一定规 律性，原子集团呈律性，原子集团呈“近程有序陈列
4、；近程有序陈列；3原子集团处在原子集团处在“能量起伏形状；能量起伏形状；4原子集团处在原子集团处在“构造起伏形状；构造起伏形状；3.液体形状的构造有以下特点：液体形状的构造有以下特点：金属成型理论基础1200时液态金属原子的形状1500时液态金属原子的形状金属成型理论基础金属成型理论基础金属成型理论基础 能量起伏能量起伏 构造起伏浓度起伏浓度起伏金属成型理论基础3.2 液态金属的性质液态金属的性质液态金属的外表景象液态金属的外表景象液态金属的黏性液态金属的黏性金属成型理论基础一、液态金属的黏性一、液态金属的黏性一 动力黏度和运动黏度 ydvFSd动力黏度金属成型理论基础 影响粘度的要素有以下主
5、要方面：影响粘度的要素有以下主要方面：温度温度 温度高那么粘度小。温度高那么粘度小。化学成分化学成分 难熔化合物的粘度高，而难熔化合物的粘度高，而 熔点低的共晶成分合金其粘度低熔点低的共晶成分合金其粘度低非金属夹杂物非金属夹杂物呈固态的非金属夹杂呈固态的非金属夹杂 物使液态合金的粘度添加。物使液态合金的粘度添加。金属成型理论基础二合金黏度对铸件质量的影响二合金黏度对铸件质量的影响 动力黏度高，充型过程中的运动阻力就动力黏度高，充型过程中的运动阻力就大，大，易呵斥浇不到。易呵斥浇不到。雷诺数雷诺数在浇注系统和型腔流动时的紊在浇注系统和型腔流动时的紊流程度。流程度。4 RReAR金属成型理论基础
6、黏度对铸件构成过程的影响黏度对铸件构成过程的影响 对液态金属流态的影响液态金属的流对液态金属流态的影响液态金属的流 动阻力在层流时受粘度的影响远比在紊动阻力在层流时受粘度的影响远比在紊 流时的大。流时的大。对液态金属对流的影响运动粘度愈大对液态金属对流的影响运动粘度愈大，对流强度愈小。对流强度愈小。对液态金属净化的影响液体的粘度越大，对液态金属净化的影响液体的粘度越大，杂质留在铸件中的能够性就越大。杂质留在铸件中的能够性就越大。金属成型理论基础 Stokes公式公式 合金液中的气泡和非金属夹杂物在金合金液中的气泡和非金属夹杂物在金属液中的上浮速度：属液中的上浮速度：2()29srvg适用对象适
7、用对象直径小于直径小于0.1mm的球形气泡或杂质。的球形气泡或杂质。金属成型理论基础二、二、液态合金的外表景象液态合金的外表景象一分子压力：一分子压力：由于任何相界面由于任何相界面处表相分子受力不处表相分子受力不均匀均匀,表相分子有表相分子有向体相运动的趋势向体相运动的趋势因此表相对体相产因此表相对体相产生一种压力生一种压力,称为称为“分子压力。这分子压力。这是产生外表张力的是产生外表张力的根源。根源。金属成型理论基础lFb简单的薄膜拉伸实验金属成型理论基础二弯曲液面的附加压力 1.附加压力：当相界面为曲面时，还会产生另一种压力，称为附加压力。附加压力定义为：PA=Pr-P 其中:P和Pr分别
8、为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。可见,附加压力是任不测形界面时比平界面时多出的压力。金属成型理论基础恣意弯曲的液恣意弯曲的液-气外表，附加压力气外表，附加压力p：R1,R2界面上两个相互垂直弧线的曲率半径界面上两个相互垂直弧线的曲率半径当为球状时当为球状时1211()pRR2pR金属成型理论基础2.弯曲液面的附加压力金属成型理论基础附加压力的推导：想象在液态钎料内部构成一个球形的气泡,气泡的半径为r,当温度一定时液体所受的压力为P。当压力P发生微小变化时,那么气泡的外表积A和体积V均发生微小改动dA和dV,那么有：对于球形气泡 V=4r3/3,dV=4r2dr A=4r2,dA=8rd
9、r所以：dA/dV=2/r故：PA=2/r 可见附加压力与外表张力成正比,与界面曲率半径成反比。气泡法测定附加压力表示图 dAdVPPdVPA)(0金属成型理论基础YoungLaplace方程)/1/1(21RRPA 对于球面：对于球面：R1=R2=r,那么那么PA=2/r；对于平面：对于平面：R1,R2 ，那么那么PA。金属成型理论基础三固三固-液液-气界面张力气界面张力固体外表的液滴及外表张力的表示金属成型理论基础根据力的平衡原理：00,cos0,90,cos090,SGLSSGLS表现为润湿情况。，表现为不润湿情况。又又称称润润湿湿角角。接接触触角角 cosSGLSLG金属成型理论基础四
10、影响外表张力的要素四影响外表张力的要素 1.熔点原子结合力熔点原子结合力 熔点高的物质，其原子结合力大，外表张力熔点高的物质，其原子结合力大，外表张力大大 2.温度温度 多数金属和合金，温度升高，外表张力降低；多数金属和合金，温度升高，外表张力降低；但少数合金，如铸铁、碳钢、铜及其合金等但少数合金，如铸铁、碳钢、铜及其合金等随随 温度升高外表张力升高。温度升高外表张力升高。3.溶质溶质 使外表张力降低使外表张力降低 外表活性物质；外表活性物质；使外表张力升高使外表张力升高 非活性物质；非活性物质；金属成型理论基础五五 对铸型工艺的影响对铸型工艺的影响 冶炼正常的合金液，不润湿型壁，有助于冶炼正常的合金液，不润湿型壁，有助于防止机械粘沙。但对于薄壁，棱角处，需防止机械粘沙。但对于薄壁，棱角处，需求抑制附加压头。求抑制附加压头。2cosLGhR g 不浸润时管孔中的附加压头
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