材料成型原理2第一章 液态金属的结构和性质.ppt

表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热 液态金属在结构上更像固态而不是气态，原子之间仍然具有很高的结合能。 l）组成：原子团、游离原子和空穴 液态金属结构示意图 金属由液态转变为固态的凝固过程，实质： 原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程 流体流动的类型---层流及湍流 动力粘度与运动粘度 运动学粘度为动力学粘度除以密度，即： 运动学粘度ν—— 适用于较大外力作用下的流体力学流动，由于外力的作用，液体密度对流动的影响可以忽略 动力学粘度η—— 在外力作用非常小的情况下适用，如夹杂的上浮过程和凝固过程中的补缩等均与动力粘度系数η有关 粘度对铸件轮廓的清晰程度的影响 在薄壁铸件的铸造过程中，流动管道直径较小，雷诺数值小，流动性质属于层流。 2.表面张力及其产生的原因 表面张力是气/液界面现象，它的的大小与液相和气相的性质有关 影响表面张力的因素 1）熔点 熔点、沸点 2）温度 T 3）溶质元素 两类溶质： A.使液态金属表面张力降低 　→溶质对该金属称为液态金属的表面活性元素 　　→具有正吸附作用 　　→溶质在表面之浓度大于溶质在内部的浓度； B.使液态金属表面张力增加 　　→溶质对该金属称为液态金属的非表面活性元素 　　→具有负吸附作用 　　→溶质在表面之浓度小于溶质在内部的浓度。 活性和非活性物质必须是指某种溶质对某种金属而言。 毛细现象 浮在水面的白天鹅 天鹅羽根的模型 ☆铸造产品中的很多缺陷如: 热裂纹、缩孔等产生于凝固过程中的半固态阶段 ☆强烈搅拌正在凝固的金属，可得到具有近球状晶粒结构的半固态金属 这种半固态金属可用于金属零部件的成形加工 流变铸造的发展 →液态金属冷却到液/固两相区后，液态金属就开始结晶。 →通过对液态金属的连续搅拌，迫使枝晶破碎而维持固相质点尺寸在100-200μm左右， →随着冷却散热不断增多，形成一种可以流动的半固态金属浆料。 →浆料中固体组分所占比例较低时，粘度较低；随着固体组分的增加，粘度逐渐增加。 流变铸造优点： →半固态金属在压铸成型之前，已有50%的金属释放掉了结晶潜热，降低了对压铸模具的热浸蚀作用，提高了模具寿命，也使高熔点合金的压铸成为可能； →半固态金属在压铸时没涡流现象，降低了铸件产生疏松和气孔倾向； →半固态铝合金可以加进高达40%的填料，用以制取复合材料等 表面自由能：产生新的单位面积表面时系统自由能的增量 表明：表面张力?就是单位长度上的力 负号:由于产生了新的单位面积的表面，而使系统的自由能增加，增加值等于外力对单位表面所作的功 表面能及表面张力区别： 1）从不同角度描述同一表面现象，大小相等 2）不同的物理概念，单位不同，表面张力的单位为力/距离（如N/m），表面能的单位为能量/面积（如J/m2） 表面能或表面张力是界面能或界面张力的 特例 润湿角——衡量界面张力的标志 杨氏方程式 润湿现象 ? ? ? 90o ? 90o ? = 0o ? =180o Absolute wetting No wetting Good wetting Bad wetting 例如：水银与玻璃间及金属液与SiO2间，由于两者难以结合，所以两相间的界面张力很大，几乎不润湿。相反，同一金属（或合金）液固之间，由于两者容易结合，界面张力与润湿角就很小。 表面张力 结合力 表面张力 溶质元素对液态金属表面张力的影响分二大类： 3. 表面张力在材料成形中的意义 拉普拉斯（Laplace）方程任意曲面： 曲面是球面：r1 = r2  由于表面张力的作用产生了一个附加压力Δp ? 90o ，液体润湿管壁 ? 90o ，液体不润湿管壁 当固一液互相润湿时，Δp有利于液体的充填，否则反之。 表明:→半径越小，附加压力越大，→凸面液体（如液珠）r ? 0，附加压力Δp为正；→凹面液体（如液体中的气泡）r ? 0，附加压力Δp为负；→平面液体r = ∞，附加压力Δp=0。 (b)微观模型 (a)宏观模型 半固态——指合金在液相线和固相线之间的状态 液相 固相 半固态区 液相+固相 温度 T a b c Al Si Al-Si合金的相图 ab——液相线 acb——固相线 §1-4 半固态金属的流变性及表观粘度 半固态金属是金属合金由液态变为固态的必要阶段。 →当固体组分达50%时，如果停止搅拌，粘度可达106Pa·s。 →这样高粘度的半固态金属，就像固体一样可以搬运。 →当它被剪切时，其粘度迅速下降，仍能保