液态金属结构性质 总结11周 演示文稿.pptVIP

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 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 “能量起伏” ——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”——液体中大量不停“游动”着的局域有序原子团簇时聚时散、此起彼伏 “浓度起伏” ——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 。 ②黏度对流动阻力的影响 薄膜宽度为b，收一个绷紧力F，则 F=σb σ为表面张力系数，或表面张力（N/m） 物理意义：薄膜单位长度上所受的绷紧力。 由于力F的作用，薄膜被拉长Δl ，则F对薄膜所做的功ΔW为 ΔW=FΔl =σbΔl=σΔS 做功使得薄膜能量增加ΔE，因此ΔE=ΔW=σΔS 则σ=ΔE/ΔS 故表面张力是单位面积上的能量，即表面能。 * 铸造生产的特点 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 金属从固态熔化为液态时的状态变化 固态原子在平衡位置振动 振动频率加快，振幅增大 达到新的平衡位置，晶格常数变化 超过原子激活能 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 加热 加热 加热 金属由固态转变为液态 体积膨胀约3% — 5% ，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 原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸 9.1 金属加热过程中的膨胀与熔化 1? 2? 3? 金属中的原子结合 R→∞，F ＝ 0 R ＞ R0 ，F＜0（引力） → 靠拢 R ＜ R0 ，F＞0（斥力） → 分开 R ＝ R0 ，F＝0 → 平衡 图1-1 1 熔化时的体积变化 热运动 金属的加热膨胀（能量角度） 升温 热振动加剧，E转化为势能达新的平衡 R1、R2、R3 （＞R0） 平衡距离增加（膨胀） 1? 能量起伏(内蒸发):空穴的产生 温度愈高，原子的能量愈大，产生的空穴数目愈多，金属膨胀； 体积变化甚小，固液态原子间距差较小 2? 2. 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 ②金属的熔化首先是从晶界开始（为什么？）； ③当温度达到熔点时，晶粒之间结合受到极大破坏，晶粒之间更容易产生相对运动； 晶内 晶界 3? 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，其结构类似于固态。 9.2 液态金属的结构 纯金属的液态结构 ①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“近程有序”，远程无序排列； ②原子热运动激烈，“能量起伏”大，集团“游动”，时大时小—相起伏； ③原子集团之间距离较大，比较松散，犹如存在“空穴”；（解释：大部分金属熔化时电阻率增加？） ④ “游动”、尺寸与温度的关系。 1200 ℃ 1700 ℃ 1550 ℃ 1400 ℃ 杂质原子 量大 种类多 分布不均 存在方式不同 实际金属的液态结构 原子间结合力不同，产生的起伏 能量起伏 浓度起伏 结构起伏 粘滞系数η＝(2τ0kTeU/kT )/δ3 粘滞性的本质是质点(原子)间结合力的大小 运动黏度： 运动黏度物理意义： V=η/ρ 表征液体质点保持自身运动方向的惯性大小。 9.3液态金属的性质 9.3.1液态金属的黏度 影响粘度的因素： ①温度 T小，指数项比乘数项的影响大，T ,η T高，乘数项将起主要作用，T ,η ②化学成分 粘度本质 原子间的结合力（与熔点有共性） 状态图 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； ③非金属夹杂物 黏度在材料成形中的作用和意义: ①黏度对液态金属充型