铸造金属凝固原理课件：液态金属的结构和性质 -.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,液态金属的结构和性质,Structure and Property of Liquid Metal,重要性,研究方法,2.1,固体金属（晶态）的加热、熔化,固体金属中原子的作用模型,固态金属中的周期势场,跃迁几率,能量起伏,加热时原子间作用的变化,振动能量增加，频率和振幅增大达到激活能的原子数量增加,原子间距（平衡位置）增大，即晶体体积膨胀,能量升高,进一步加热,则达到激活能值的原子数量也进一步增加,，,当这些原子的数量达到某一数量值时,，,首先在晶界处的原子跨越势垒而处于激活状态,以致能脱离晶粒的表面,而向邻近的晶粒跳跃,导致原有晶粒失去固定的形状与尺寸,，,晶粒间可出现相对流动,称为,晶界粘性流动,此时,金属处于熔化状态金属被进,一,步加热,，,其温度不会进一步升高,而是晶粒表面原,子,跳跃更频繁晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子,形成时而集中,，,时而分散的原子集团、游离原子和空穴此时,金属从固态转变为液态金属由固态变成液态,体积膨胀,约,3%,5%,而且金属的其他性质,如电阻、粘性也会发生突变,。

在熔点温度的固态变为同温度的液态时,金属要吸收大量的热量,称为,熔化潜热2.2,液态金属的结构,从熔化过程看，结构近固态而远气态,一、液态金属的热物理性能,熔化潜热和汽化潜热的对比,熵值的变化,体积变化,二、,X,射线结构分析,横坐标,r,为观测点至某一任意选定的原子（参考中心）的距离，对于三维空间，它相当于以所选原子为球心的一系列球体的半径纵坐标,表示围绕所选定原子的半径为,r,，厚度为,dr,的一层球壳中原子数其中,称为密度函数固态金属,原子在某一平衡位置,热振动,因此衍射结果得到的原子密度分布曲线是一组相距一定距离（点阵常数）的,垂线,，每一条垂线都有确定的位置,r,和峰值（原子数）；,液态金属,原子密度分布曲线是一条呈,波浪形的连续曲线这是由于液态中的金属原子是处在瞬息万变的热振动和热运动的状态之中，而且原子跃迁频率很高，以致没有固定的位置，而其峰值所对应的位置（,r,）只是表示衍射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距x,射线衍射所得液态和固态金属结构参数,三、液态金属的结构,纯金属：,瞬息万变、时聚时散的,原子集团,存在结构起伏,游离原子,孔穴和裂纹,能量起伏实际金属（化学元素多、过热度小）：,各种成分,的原子集团,游离原子、空穴、裂纹,杂质、气泡,存在结构起伏、能量起伏和,成分起伏,近程有序,2.3,液态金属的性质及对凝固成形的影响,液态金属的粘滞性（粘度）,粘度的实质及影响因素,动力学粘度和运动学粘度的关系：,富林克尔公式,粘度对凝固成形的影响,影响液态金属的净化,动力,阻力,匀速,斯托克斯公式,对液态金属,流动状态,和,阻力,的影响,雷诺数,Re=Dv,/,流态：,Re2300,紊流；,Re2300,层流。

影响凝固过程中合金的对流,对流的驱动力：温差、浓度差密度差浮力,对流的阻力：粘滞力对流强度,:,无量纲的格拉晓夫准则数（,Grashof number,）,影响：溶质分布、偏析、夹杂聚合表面张力和界面张力,表面张力的实质,表面：凝聚相与真空或空气接触的面，是一类特殊界面表面张力：由于质点力场不对称引起意义,单位长度所受的绷紧力,N/m,单位面积上的能量,界面及界面张力,式中 、分别是液、固两相的表面张力；为固液两相的界面张力；是将两个单位面积结合或拆开外界所做的功因此当两相间的作用力大时，越大，则界面张力越小润湿角,当,90,o,时，此时液体能润湿固体，,=0,称绝对润湿；,当 ,90,o,，此时液体不润湿固体，,=180,称绝对不润湿润湿角是可测定的影响界面张力的因素,熔点：,熔点高,原子结合力大,表面张力大；,温度：大多数金属和合金随温度的升高而降低溶质元素：,表面活性元素：使表面张力下降，正吸附元素,非表面活性元素：提高表面张力，负吸附元素结论,:,合金化可以改变表面张力表面或界面张力在铸造成形过程中的意义,表（界）面张力对铸造成形的影响,通过产生附加压力,薄小铸件的成形；,砂型铸造的粘砂；,凝固后期缩松、热裂；,熔渣的驱除,复合材料,。