液态金属结构性质 总结11周 演示文稿

1、 铸造生产的优点：可铸造出外形、内腔复杂的毛坯或零件工艺灵活性大，适应性好成本低铸造生产的缺点：组织疏松，晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷力学性能较差铸造过程复杂，铸造缺陷和零件精度较难控制铸造生产的特点 铸件容易产生哪些缺陷？ 怎样防止铸造缺陷的产生 与金属液态成形过程的关系紧密 充型能力 液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 液态合金的充型能力对铸造生产的影响 充型能力强 易于充满型腔，获得完整铸件 气体易于浮出液面 易于补缩 充型能力不足 浇不足、冷隔、气孔、夹渣等第一类缺陷：浇不足、冷隔 大中型铸件或内腔结构复杂的薄壁零件 浇不足 冷隔 原因 充型能力差 改进

2、措施 提高金属液的充型能力 提高金属液流动性合金的流动性固态原子在平衡位置振动固态原子在平衡位置振动振动频率加快，振幅增大振动频率加快，振幅增大达到新的平衡位置，晶格常数变化达到新的平衡位置，晶格常数变化超过原子激活能超过原子激活能原子离开平衡位置处的点阵，形成空穴原子离开平衡位置处的点阵，形成空穴离位原子达到某一数值离位原子达到某一数值加热加热加热加热加热加热金属由固态转变为液态金属由固态转变为液态体积膨胀体积膨胀约约3% 5% ，电阻、粘度发生变化，电阻、粘度发生变化温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子原子脱离晶粒的表面，

3、晶粒失去固有的形状和尺寸原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸1?2?3?金属中的原子结合金属中的原子结合R，F 0R R0 ，F0（引力） 靠拢R R0 ，F0（斥力） 分开R R0 ，F0 平衡图图1-11 熔化时的体积变化熔化时的体积变化热运动热运动金属的加热膨胀（能量角度）金属的加热膨胀（能量角度）升温升温热振动加剧，热振动加剧，E转化转化为势能达新的平衡为势能达新的平衡R1、R2、R3 （R0）平衡距离增加（平衡距离增加（膨胀膨胀）1?能量起伏能量起伏( (内蒸发内蒸发):):空穴的产生空穴的产生温度愈高，原子的温度愈高，原子的能量愈大，产生的能量愈大，产生的空穴数目愈多，金空

4、穴数目愈多，金属膨胀；属膨胀；体积变化甚小，固体积变化甚小，固液态原子间距差较液态原子间距差较小小2?2. 液态金属的熔化（熔化潜热）液态金属的熔化（熔化潜热）熔化潜热：使金属转变为具有流动能力的液体，还需要继续提供能量使原子间的熔化潜热：使金属转变为具有流动能力的液体，还需要继续提供能量使原子间的结合键进一步破坏，即吸收了大量的热量而金属的温度并没有升高结合键进一步破坏，即吸收了大量的热量而金属的温度并没有升高金属的熔化首先是从晶界开始（为什么？）；金属的熔化首先是从晶界开始（为什么？）；当温度达到熔点时，晶粒之间结合受到极大破坏，晶粒之当温度达到熔点时，晶粒之间结合受到极大破坏，晶粒之间更

5、容易产生相对运动；间更容易产生相对运动； 晶内晶内晶界晶界3?金属的熔化并不是原子间结合的全部破坏，液体金金属的熔化并不是原子间结合的全部破坏，液体金属内原子的分布仍具有一定的规律性，其结构类似属内原子的分布仍具有一定的规律性，其结构类似于固态。于固态。纯金属的液态结构纯金属的液态结构原子的排列在较小的距离内仍具有一定规律性，且原子原子的排列在较小的距离内仍具有一定规律性，且原子间距增加不大。原子集团的间距增加不大。原子集团的“近程有序近程有序”，远程无序排列；，远程无序排列；原子热运动激烈，原子热运动激烈，“能量起伏能量起伏”大，集团大，集团“游动游动”，时，时大时小大时小相起伏；相起伏；原

6、子集团之间距离较大，比较松散，犹如存在原子集团之间距离较大，比较松散，犹如存在“空穴空穴”；（解释：大部分金属熔化时电阻率增加？）（解释：大部分金属熔化时电阻率增加？） “游动游动”、尺寸与温度的关系。、尺寸与温度的关系。1200 1700 1550 1400 杂质原子杂质原子量大量大种类多种类多分布不均分布不均存在方式不同存在方式不同实际金属的液态结构实际金属的液态结构原子间结合力不同，产生的起伏原子间结合力不同，产生的起伏能量起伏能量起伏浓度起伏浓度起伏结构起伏结构起伏“能量起伏能量起伏” 由于晶体中每个原子的振动能量不是均等由于晶体中每个原子的振动能量不是均等的，并且每个原子在三维方向的

7、振动随机进行，相邻原子的，并且每个原子在三维方向的振动随机进行，相邻原子碰撞交换能量有些原子的能量超过原子的平均能量，有些碰撞交换能量有些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量小于平均能量，能量的不均匀性称为能量起伏原子的能量小于平均能量，能量的不均匀性称为能量起伏“结构起伏结构起伏”液体中大量不停液体中大量不停“游动游动”着的局域有序着的局域有序原子团簇原子团簇时聚时散、此起彼伏时聚时散、此起彼伏 “浓度起伏浓度起伏” 同种元素及不同元素之间的原子间结合同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的

8、原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异异 。粘滞系数粘滞系数(20 0kTekTeU/kTU/kT )/ )/3 3粘滞性的本质是质点粘滞性的本质是质点(原子原子)间结合力的大小间结合力的大小l运动黏度：运动黏度：l运动黏度物理意义：运动黏度物理意义：V=V=/ /表征液体质点保持自身运动表征液体质点保持自身运动方向的惯性大小。方向的惯性大小。9.3液态金属的性质液态金属的性质9.3.1液态金属的黏度液态金属的黏度影响粘度的因素：影响粘度的因素：温度T小，指数项比乘数项的影响大，小，指数项比乘数项的影响大，T ,T高，乘数项将起主

9、要作用，高，乘数项将起主要作用，T ,化学成分粘度本质粘度本质 原子间的结合力（与熔点有共性）原子间的结合力（与熔点有共性） 状态图状态图难熔化合物的粘度较高，而熔点难熔化合物的粘度较高，而熔点低的共晶成分合金其粘度较低；低的共晶成分合金其粘度较低；非金属夹杂物黏度在材料成形中的作用和意义黏度在材料成形中的作用和意义:黏度对液态金属充型速度的影响流体的流动状态由雷诺数Re来决定，当Re2320时，流体以紊流方式流动。黏度对流动阻力的影响实际应用：实际应用：一般，液态金属在浇道和型腔中的流动都为紊流，一般，液态金属在浇道和型腔中的流动都为紊流，只在腔的细薄部位，或在充型后期，流速下降，只在腔的细

10、薄部位，或在充型后期，流速下降，才出现层流。才出现层流。紊流的流动阻力要比层流阻力小，有利于充型。对液态金属对流的影响产生对流的条件：温差和浓度差温差和浓度差浮力浮力黏滞力黏滞力对流强度：格拉晓夫数rL LrL C动力黏度越动力黏度越大，则对流大，则对流强度越小强度越小液体对流对结晶组织、溶质分布、偏液体对流对结晶组织、溶质分布、偏析和杂质的聚合沉浮有重要影响。析和杂质的聚合沉浮有重要影响。、分别为由温差和浓度差引起的金属液体积膨胀L水平方向上热端到冷端距离的一半宽度。对液态金属净化的影响斯托克斯公式：g(液液-杂杂)r)r/9/9仅当仅当杂杂液液，夹杂才能上浮，夹杂才能上浮，越大，夹杂及越大，夹杂及气泡越难以排气泡越难以排除除表面张力的本质概念：表面张力W= = F F9.3.2液态金属的表面张力液态