第1章——液态金属的结构与性质-2012

1、自学自学rb)r1液液体体210rc)r1非 晶 固非 晶 固体体210g(r)g(r)rd)g(r)r1晶 态 固晶 态 固体体g(r)aor气气体体21图图 气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征a）b）c）d）晶态固体晶态固体rb)r1液液体体210rc)r1非 晶 固非 晶 固体体210g(r)g(r)rd)g(r)r1晶 态 固晶 态 固体体g(r)aor气气体体21图图 气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征a）b）c）d）气体气体液体液体非晶固体非晶固体g (r)g (r)

2、g (r)g (r)g (r)rb)r1液液体体210rc)r1非 晶 固非 晶 固体体210g(r)g(r)g(r)aor气气体体21rd)g(r)r1a0-气体中粒子的平均自由程气体中粒子的平均自由程偶分布函数偶分布函数g (r) 的物理意的物理意义：义：距某一参距某一参考粒子考粒子r处找到处找到另一个粒子的几另一个粒子的几率，换言之，表率，换言之，表示离开参考原子示离开参考原子(处于坐标原子处于坐标原子r = 0)距离为距离为r的位的位置的数密度置的数密度 (r) 对于平均数密度对于平均数密度 0（=N/V）的）的相对偏差相对偏差r1-液体的平均原子间距液体的平均原子间距 rgr024

3、上式表示在上式表示在 r 和和 r+dr之间的球壳中原子数之间的球壳中原子数的多少。图中带点的的多少。图中带点的红色曲线为稍高于熔红色曲线为稍高于熔点时（白色）各种液点时（白色）各种液态碱金属的径向分布态碱金属的径向分布函数变化函数变化 1 mrrdrrrgN020141 图液体配位数图液体配位数的求法的求法N1 表示参考原子周围最近邻表示参考原子周围最近邻(第一壳层第一壳层)原子数（如图）原子数（如图） r1 表示参考原子与其周围第表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均间距，也表示某液体的平均原子间距原子间距 c的的理想纯金属液态结构理

4、想纯金属液态结构 能量起伏和结构起伏能量起伏和结构起伏实际纯金属液态结构实际纯金属液态结构 存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶 质或化合物）不同的杂质原子质或化合物）不同的杂质原子金属（二元合金）液态结构金属（二元合金）液态结构 存在第二组元时，表现为能量起伏、存在第二组元时，表现为能量起伏、 结构起伏和浓度起伏结构起伏和浓度起伏实际金属（多元合金）液态结构实际金属（多元合金）液态结构 相当复杂，存在着大量时聚时相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化

5、合物，表现为三种起伏特征交替杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替能量起伏能量起伏 指液态金属中指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象，出现时高时低的现象结构起伏结构起伏 指液态金属中指液态金属中大量不停大量不停“游动游动”着的原子团簇不断分着的原子团簇不断分化组合，由于化组合，由于“能量起伏能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样此，这样此

6、起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动游动”一样，一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象浓度起伏浓度起伏 指在指在多组元液态金属中多组元液态金属中，由于，由于同种元素及不同元素之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，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，把别的原子排挤到别处把别的原子排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动

7、在不时发生着变异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象化的现象（一）无规密堆硬球模型（一）无规密堆硬球模型RCP模型特征模型特征 以无规堆积的硬球来描述液体结构。在无规密堆铁球表以无规堆积的硬球来描述液体结构。在无规密堆铁球表面灌以油漆，固化后球与球相邻处留下漆斑，籍以构建以球中心为面灌以油漆，固化后球与球相邻处留下漆斑，籍以构建以球中心为各个节点的间隙多面体，并统计配位数分布及平均值。液体结构中各个节点的间隙多面体，并统计配位数分布及平均值。液体结构中存在存在五种间隙多面体模型五种间隙多面体模型四面体四面体73%八面体八面体 20%三角棱柱多面体三角棱柱多面体 3%

8、四方十二面体四方十二面体 3% 阿基米德反棱柱多面体阿基米德反棱柱多面体 1%（二）液态金属结构的晶体缺陷模型（二）液态金属结构的晶体缺陷模型、微晶模型微晶模型 液态金属有很多微小晶体和面缺陷组成。在微液态金属有很多微小晶体和面缺陷组成。在微晶体中，金属原子或离子组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间晶体中，金属原子或离子组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间以界面相连接以界面相连接微晶的存在能很好地解释液态金属中的短程有序性，因而该模型微晶的存在能很好地解释液态金属中的短程有序性，因而该模型能很好地描述近液相线（低温）液态金属的微观结构。但是，该能很好地描述近液相线（低温）液态金属的微观结构。但是，

9、该模型对高温液态金属的微观结构无法进行解释模型对高温液态金属的微观结构无法进行解释 2、空穴模型空穴模型 晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的孔穴，从晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的孔穴，从而使液态金属微观结构失去了长程有序性。大量孔穴的存在使液而使液态金属微观结构失去了长程有序性。大量孔穴的存在使液态金属易于发生切变，从而具有流动性。随着液态金属温度的提态金属易于发生切变，从而具有流动性。随着液态金属温度的提高，空位的数量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小高，空位的数量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小3、位错模型位错模型 液态金属可看成是一种被位错芯严重破坏的点阵液态金属可看成是一种被

10、位错芯严重破坏的点阵结构。在特定温度以上的低温条件下，不含位错（或低密度位错）结构。在特定温度以上的低温条件下，不含位错（或低密度位错）的固体点阵结构由于高密度位错的突然出现而变成液体。高位错的固体点阵结构由于高密度位错的突然出现而变成液体。高位错密度的引入，使液态金属的微观结构不再具有长程有序性，同时密度的引入，使液态金属的微观结构不再具有长程有序性，同时使液态金属在外力的作用下具有流动性，对使液态金属在外力的作用下具有流动性，对粘滞系数、原子扩散粘滞系数、原子扩散系数和晶体的生长等也能进行较好的解释系数和晶体的生长等也能进行较好的解释4、综合模型综合模型 在液态金属中由于热运动的存在，不同

11、的部位有在液态金属中由于热运动的存在，不同的部位有着不同的运动方式，因此处于不同部位的原子受到力的方式大小着不同的运动方式，因此处于不同部位的原子受到力的方式大小也不相同，产生的缺陷也就不单一了，这样也就形成了多种缺陷也不相同，产生的缺陷也就不单一了，这样也就形成了多种缺陷模型的综合现象模型的综合现象 dydvx=5v4v3v2v1vzOxy.xdvdy =-1-1式中：式中： KB Bolzmann 常数；常数； U 无外力作用时原子之间的结合能（或原子扩散势垒）无外力作用时原子之间的结合能（或原子扩散势垒）; T 热力学温度常数热力学温度常数 0 原子在平衡位置的振动周期（对液态金属约为原

12、子在平衡位置的振动周期（对液态金属约为10-13 秒）秒） 液体各原子层之间的间距液体各原子层之间的间距TkUTkBBexp203（2）粘度随原子间距）粘度随原子间距增大而降低，与增大而降低，与 3 成反比成反比（3） 与温度与温度T 的关系：受两方面（正比的线性关系和负的指的关系：受两方面（正比的线性关系和负的指数关系）共同制约，但总的趋势随温度数关系）共同制约，但总的趋势随温度T 而下降（见下图）而下降（见下图）（1）粘度）粘度 随原子间结合能随原子间结合能U 按指数关系增加：这可以理解为，按指数关系增加：这可以理解为，液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越液体的原子之间结

13、合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高高TkUTkBBexp203实际金属液的原子间距实际金属液的原子间距也非定值，温度升高，原子热振动加也非定值，温度升高，原子热振动加剧，原子间距随之而增大，因此剧，原子间距随之而增大，因此 会随之下降会随之下降（4）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响（）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响（M-H模型）模型）RTHxxm212211图图 液体的粘度与温度的关系）液态镍液体的粘度与温度的关系）液态镍 ；）液态钴；）液态钴虚线：计算值；实线：不同研究者实验结果虚线：计算值；实线：不同研究者实验结果M-H模型：模型：1纯溶剂的粘度；纯溶剂的粘度；2溶

14、质的粘度；溶质的粘度；X1、X2 分分别为纯溶剂和溶质在溶液中的摩尔分数，别为纯溶剂和溶质在溶液中的摩尔分数，R 为气体常数，为气体常数，H m 为为两组元的混合热两组元的混合热如果混合热如果混合热H m为负值，为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升合金元素的增加会使合金液的粘度上升（H m 为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高）力及粘度随之提高）如果溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会如果溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度明显高于纯溶剂金属液的粘度，

15、这归因于合金液中存在异类原子，这归因于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键间较强的化学结合键通常，通常，表面及界面活性元素使液体粘度降低（抑制合金液冷却过表面及界面活性元素使液体粘度降低（抑制合金液冷却过程中原子团的聚集长大），非表面活性杂质的存在使粘度提高程中原子团的聚集长大），非表面活性杂质的存在使粘度提高RTHxxm212211粘度在金属铸造和焊接生产技术中均具有很重要的意义。为了说粘度在金属铸造和焊接生产技术中均具有很重要的意义。为了说明问题，先引入运动学粘度及雷诺数的概念明问题，先引入运动学粘度及雷诺数的概念/eeDDReDRfe3232层2 . 02 . 02 . 0092. 0

16、092. 0DRfe紊DRfe3232层2 . 02 . 02 . 0092. 0092. 0DRfe紊292rgBm) 12(rRe使用条件：式流体力学的斯托克斯公单位：单位： 表面张力的单位在表面张力的单位在SI制中为牛顿制中为牛顿/米（米（N/m），但仍常用），但仍常用单位是达因单位是达因/厘米（厘米（dyn/cm）。）。1dyn/cm = 1mN/m=1mJ/m2表面层：表面层：在液体与气体交界面，在液体与气体交界面，厚度相当于分子有效作用半径厚度相当于分子有效作用半径R 的一层液体的一层液体。习惯上人们仅将气。习惯上人们仅将气-液，气液，气-固界面称为固界面称为表面表面。多相。多相体

17、系中不同相之间存在着体系中不同相之间存在着界面界面表面张力：表面张力：平行于表面切线且各方向大小相等的宏观张力。或平行于表面切线且各方向大小相等的宏观张力。或者说促使液体表面收缩的力。者说促使液体表面收缩的力。表面张力使液面尽可能收缩成最小表面张力使液面尽可能收缩成最小对表面张力的理解：对表面张力的理解：表面张力的方向和液面相切，并和两部分表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。如的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。表面张力是表面张力是分

18、子力的一种表现。分子力的一种表现。发生在液体和气体接触时的边界部分发生在液体和气体接触时的边界部分表面张力系数：表面张力系数：表面张力常用表面张力系数表示。表面张力常用表面张力系数表示。在数值上表在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。力。表面张力系数与液体性质有关，与液面大小无关表面张力系数与液体性质有关，与液面大小无关 自然界表面张力现象：自然界表面张力现象：比如，露水总是尽比如，露水总是尽可能的呈球型，而某些昆虫则利用表面张可能的呈球型，而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在水面上。力可以漂浮在水面上。表面自由

19、能（表面能，表面自由能（表面能，Surface energy）：）：为产生为产生新的单位面积新的单位面积表面时表面时系统自由能的增量系统自由能的增量表面能及表面张力从不同角度描述同一表面现象。表面能及表面张力从不同角度描述同一表面现象。虽然表面张力虽然表面张力与表面自由能是不同的物理概念，但其大小完全相同，单位也可与表面自由能是不同的物理概念，但其大小完全相同，单位也可互换，通常表面张力的单位为力互换，通常表面张力的单位为力/距离（如距离（如N/m、dyn/cm），表面），表面能的单位为能量能的单位为能量/面积（如面积（如J/m2、erg/cm2 等）等）表面与界面：表面与界面：表面与界面的差

20、别在于后者是泛指两相之间的交界表面与界面的差别在于后者是泛指两相之间的交界面，而前者特指液体或固体与气体之间的交界面，严格说，应该面，而前者特指液体或固体与气体之间的交界面，严格说，应该是指液体或固体与其蒸汽的界面。是指液体或固体与其蒸汽的界面。界面张力与界面能的关系相当界面张力与界面能的关系相当于表面张力和表面能的关系于表面张力和表面能的关系。广义上液体或固体与气体之间的界广义上液体或固体与气体之间的界面能和界面张力分别为其表面能和表面张力面能和界面张力分别为其表面能和表面张力u表面自由能与表面张力的异同表面自由能与表面张力的异同不同点：物理概念和意义不同，从不同角度描述同一表面现象。不同点

21、：物理概念和意义不同，从不同角度描述同一表面现象。 表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加，其表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加，其单位为能量单位为能量/面积（如面积（如J/m2、erg/cm2 等）等） 表面张力通常指纯物质的表面层分子间实际存在着的（收表面张力通常指纯物质的表面层分子间实际存在着的（收缩）张力，其单位为力缩）张力，其单位为力/距离（如距离（如N/m、dyn/cm）相同点：通常可以用同一符号来表示表面自由能或表面张力。两相同点：通常可以用同一符号来表示表面自由能或表面张力。两者量纲相同，数值相等。者量纲相同，数值相等。在分析处理具体问题时，可根据需要选择理

22、解表面自由能和表面在分析处理具体问题时，可根据需要选择理解表面自由能和表面张力。张力。在用热力学方法处理表面时，可用表面自由能表示；在作在用热力学方法处理表面时，可用表面自由能表示；在作表面相分子的受力分析时，可用表面张力表示表面相分子的受力分析时，可用表面张力表示1）原子间的结合力）原子间的结合力物体内部原子间结合力物体内部原子间结合力u0表面内能表面内能表面自由能表面自由能表表面张力面张力 原子间结合力大的物质，其熔点和沸点高，固体和液体的表原子间结合力大的物质，其熔点和沸点高，固体和液体的表 面能和表面张力也大。面能和表面张力也大。一般金属的表面张力较非金属和盐大一般金属的表面张力较非金

23、属和盐大 对晶体而言，表面自由能与晶面有关，对晶体而言，表面自由能与晶面有关，若晶体表面为密排晶若晶体表面为密排晶 面面 （低指数晶面），（低指数晶面），由于密排表面原子配位数与晶体内部的由于密排表面原子配位数与晶体内部的 差值较小，表面内能小，差值较小，表面内能小，故其表面能也小故其表面能也小。若晶体表面为高若晶体表面为高 指数晶面，其表面内能大，表面能亦大指数晶面，其表面内能大，表面能亦大。基于上述原因，晶。基于上述原因，晶 体为维持其最稳定状态，其表面往往为低指数（密排）晶面体为维持其最稳定状态，其表面往往为低指数（密排）晶面表面张力与润湿角的关系表面张力与润湿角的关系两种物质接触，两种

24、物质接触，润湿或不润湿的关键取决于两种物质间的亲和润湿或不润湿的关键取决于两种物质间的亲和力，亲和力大，就润湿，否则，就不润湿力，亲和力大，就润湿，否则，就不润湿。如图所示，就界面。如图所示，就界面张力而言，当达到稳定状态后图中各界面张力之间的关系为：张力而言，当达到稳定状态后图中各界面张力之间的关系为：固固-液界面张力液界面张力LS越小，越小，cos 越趋近于越趋近于1，也就是，也就是 越趋近于越趋近于0，这种情况是润湿的这种情况是润湿的3）溶质元素自由电子数目的影响）溶质元素自由电子数目的影响表面张力双电层理论：表面张力双电层理论：在金属表面分布的电子层与金属正离子在金属表面分布的电子层与

25、金属正离子之间的作用力构成了对表面的压力之间的作用力构成了对表面的压力，使金属有缩小表面积的倾，使金属有缩小表面积的倾向。该理论推导出表面张力表达式为：向。该理论推导出表面张力表达式为：2）温度的影响：）温度的影响：随温度升高而下降。因为原子间距随温随温度升高而下降。因为原子间距随温 度升高而增大度升高而增大324ZeTTVkC32自由电子数目多的溶质元素自由电子数目多的溶质元素，其表面双电层的电荷密度大，对，其表面双电层的电荷密度大，对金属表面的压力也大，从而金属表面的压力也大，从而使系统表面张力增加使系统表面张力增加。化合物表面。化合物表面张力之所以较低，是因其自由电子较少的缘故张力之所以

26、较低，是因其自由电子较少的缘故4）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响主要取决于原子间结合力的改变主要取决于原子间结合力的改变 向系统中加入削弱原子间向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使结合力的组元，会使u0 减小，使表面内能降低，这样，将会减小，使表面内能降低，这样，将会使表面张力降低使表面张力降低溶质与溶剂的原子体积之差溶质与溶剂的原子体积之差：溶质原子大于溶剂原子溶质原子大于溶剂原子，造成，造成原子排布的畸变而使势能增加，倾向于被挤到表面，以降低原子排布的畸变而使势能增加，倾向于被挤到表面，以降低系统能量，从而系统能量，从而使整个系统表面张力

27、降低使整个系统表面张力降低。原子体积很小的。原子体积很小的合金元素，在金属中容易进入到熔剂的间隙使势能增加，从合金元素，在金属中容易进入到熔剂的间隙使势能增加，从而被排挤到金属表面，成为富集在表面的表面活性物质。由而被排挤到金属表面，成为富集在表面的表面活性物质。由于这些元素的金属性很弱，自由电子很少，因此，表面张力于这些元素的金属性很弱，自由电子很少，因此，表面张力小，同样使金属表面张力降低小，同样使金属表面张力降低 S、O、Te、Se（及（及N）等元素均能明显降低铁液的表面张）等元素均能明显降低铁液的表面张 力，见图力，见图1-12（P26） Cr 作为合金元素加入作为合金元素加入Fe液也

28、使表面张力大大下降，而液也使表面张力大大下降，而Ni 对对 Fe液表面张力的影响较复杂，随成分范围而不同，见图液表面张力的影响较复杂，随成分范围而不同，见图1-13 C 和和P 对铁液表面张力的影响较小，略有降低作用对铁液表面张力的影响较小，略有降低作用 合金元素对镁、铝合金熔体表面张力的影响见图合金元素对镁、铝合金熔体表面张力的影响见图1-14（P26）表面活性元素均降低熔体的表面张力表面活性元素均降低熔体的表面张力1、表面张力引起的曲面两侧压力差及其相关作用、表面张力引起的曲面两侧压力差及其相关作用表面为平面时（曲率半径为无穷大），表面张力没有任何作表面为平面时（曲率半径为无穷大），表面张

29、力没有任何作用，但当表面具有一定曲度时，表面张力将使表面的两侧产用，但当表面具有一定曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。其关系式为：越小，表面张力的作用越显著。其关系式为：2111RRpR1 和和 R2为曲面上为曲面上A点处的任意一对共轭点处的任意一对共轭曲率半径。其取法如下：过曲率半径。其取法如下：过A作曲面的作曲面的垂线垂线l，过，过l 任意作两个互相垂直的平面任意作两个互相垂直的平面分别交曲面于曲线分别交曲面于曲线l1和和l2， R1和和R2即为曲即为曲线线l1

30、和和l2在在A处的一对共轭半径处的一对共轭半径，表面张力不显示作用），则对于平面（，表面张力不显示作用），则对于马鞍形（）（式中，），则对于球形（如液滴）（）（式中，），则对于圆柱形（0022121212112prrprrrrrrprrrrrpr讨论：讨论：可见，可见，在曲率半径很小时，表面张力会引起很大压力差在曲率半径很小时，表面张力会引起很大压力差。表面。表面张力在曲面两侧引起的压力差张力在曲面两侧引起的压力差p，相对于平直界面而言为一附，相对于平直界面而言为一附加压力。加压力。在铸造和焊接中的意义在铸造和焊接中的意义 铸造过程中为防止粘砂，铸造过程中为防止粘砂，通常要求金属液与砂型不润湿

31、通常要求金属液与砂型不润湿。但。但毛细管直径毛细管直径D和金属液静压头和金属液静压头H越大，越易粘砂。根据越大，越易粘砂。根据与与D和和H的关系可推出是否粘砂的毛细管临界直径的关系可推出是否粘砂的毛细管临界直径DC选择砂型粒度选择砂型粒度焊接和铸造熔炼过程中高温下会产生融入到金属液中的气焊接和铸造熔炼过程中高温下会产生融入到金属液中的气 体，为加速凝固过程中气体的逸出，表面张力起重要作用体，为加速凝固过程中气体的逸出，表面张力起重要作用 CO2气保焊熔滴过渡中易产生飞溅也可由表面张力引起的曲气保焊熔滴过渡中易产生飞溅也可由表面张力引起的曲 面两侧压力差得到解释。面两侧压力差得到解释。焊丝含碳量

32、越高，飞溅倾向越大焊丝含碳量越高，飞溅倾向越大gHDC42、液膜拉断临界力及表面张力对凝固热裂的影响液膜拉断临界力及表面张力对凝固热裂的影响 液膜理论液膜理论在凝固的后期，不同晶粒在凝固的后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将其面张力的作用，液膜将其两侧的晶体紧紧地吸附在两侧的晶体紧紧地吸附在一起，液膜厚度越小，其一起，液膜厚度越小，其吸附力量就越大。其中单吸附力量就越大。其中单位面积液膜的临界拉断应位面积液膜的临界拉断应力和表面张力、液膜厚度力和表面张力、液膜厚度的关系可用液膜理论模型的关系可用液膜理论模型加以说明加以说明Trpf2*max3、表面张力

33、对熔滴过渡的影响表面张力对熔滴过渡的影响熔化极电弧焊，颗粒状熔滴向熔池中过渡时，表面张力大的熔熔化极电弧焊，颗粒状熔滴向熔池中过渡时，表面张力大的熔滴形成细颈的阻力大，致使熔滴颗粒增大，滴形成细颈的阻力大，致使熔滴颗粒增大，熔滴过渡频率降低熔滴过渡频率降低而导致电弧稳定性较差，飞溅增多而导致电弧稳定性较差，飞溅增多改善熔滴过渡状态的途径在于降低其表面张力，主要有两措施改善熔滴过渡状态的途径在于降低其表面张力，主要有两措施： 增大焊接电流，使熔滴温度上升，表面张力降低，熔滴颗粒增大焊接电流，使熔滴温度上升，表面张力降低，熔滴颗粒 减小（电流增大到一定程度时，由熔滴过渡转为细颗粒高速减小（电流增大

34、到一定程度时，由熔滴过渡转为细颗粒高速 喷射过渡）喷射过渡） 适当增强电弧气氛的氧化性可降低表面张力，细化熔滴适当增强电弧气氛的氧化性可降低表面张力，细化熔滴一、液态金属充型能力的基本概念一、液态金属充型能力的基本概念液态金属充型能力液态金属充型能力：铸造过程中，液态金属充满铸型型腔，获：铸造过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，即液态金属充填铸型的能得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。是设计浇注系统的重要依据之一。力。是设计浇注系统的重要依据之一。充型能力不佳可能产生充型能力不佳可能产生浇不足、冷隔、砂眼、卷入性气孔、夹砂等缺陷浇不足、冷隔、砂

35、眼、卷入性气孔、夹砂等缺陷影响液态金属充型能力的因素影响液态金属充型能力的因素：内因：内因金属本身的流动性金属本身的流动性外因外因铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映种因素的综合反映合金流动性表示方法：合金流动性表示方法：通常，在相同的条件下浇注各种合金的通常，在相同的条件下浇注各种合金的流动性试样，流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。因此，的合金流动性表示合金的充型能力。因此，可以认为合金的流可以认为合金的流动性是在确定条件下的充

36、型能力动性是在确定条件下的充型能力液态金属流动性的测试：液态金属流动性的测试：如图所示，如图所示，螺旋形试样。此外，还有球形，螺旋形试样。此外，还有球形，U 形、楔形、真空试样等形、楔形、真空试样等螺旋形试样优点：螺旋形试样优点：灵敏度高、对比灵敏度高、对比形象、可供金属液流动相当长的距形象、可供金属液流动相当长的距离，铸型的轮廓尺寸并不太大离，铸型的轮廓尺寸并不太大缺点：缺点：金属流线弯曲，沿途阻力损金属流线弯曲，沿途阻力损失较大，流程越长，散热越多，故失较大，流程越长，散热越多，故金属的流动条件和温度条件都在随金属的流动条件和温度条件都在随时改变时改变灰口铸铁、硅黄铜的流动性较好；铸钢的流

37、动性较差灰口铸铁、硅黄铜的流动性较好；铸钢的流动性较差合金的螺旋形流动实验合金的螺旋形流动实验对于宽结晶温度范围的对于宽结晶温度范围的合金，试验表明，合金，试验表明，在液在液态金属的前端析出态金属的前端析出1520的固相量时，流动就的固相量时，流动就停止停止。结晶温度范围越结晶温度范围越宽，枝晶就越发达，液宽，枝晶就越发达，液流前端析出相对较少的流前端析出相对较少的固相量，亦即在相对较固相量，亦即在相对较短的时间内，液态金属短的时间内，液态金属便停止流动便停止流动。具有最大具有最大溶解度的合金一般流动溶解度的合金一般流动性最小性最小对于对于宽结晶温度范围的合金宽结晶温度范围的合金，充型能力的经

38、验公式充型能力的经验公式( F 为试为试样截面积，样截面积， P 为试样截面周长，为试样截面周长， 为液态金属密度，为液态金属密度， 为为换热系数，换热系数，k为停止流动时液流前端的固相量，为停止流动时液流前端的固相量， H为结晶为结晶潜热，潜热，c为液态金属比热容，为液态金属比热容，Tk为合金停止流动的温度为合金停止流动的温度)可见：静压头可见：静压头H，液态金属密度，液态金属密度 及比热及比热C，合金的结晶潜，合金的结晶潜热热H ，浇注温度，浇注温度T 充型能力（流动长度充型能力（流动长度L）换热系数换热系数 充型能力（流动长度充型能力（流动长度L）型浇TTTTcHkPFgHLgHLLK22四个方面：金属性质方面的因素；铸型性质方面的因四个方面：金属