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第一章 液态金属的结构与性质 一、液态金属的结构特点 液态金属： 长 程 无 序 —— 不具备平移、对称性； 短 程 有 序 —— 相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的有序性 二、　由物质熔化过程认识液态金属结构 物质熔化时体积变化﹑熵变(及焓变)一般均不大，表明液态金属的原子间距接近于固体，在熔点附近其混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。 金属熔化潜热Hm比其气化潜热Hb小得多，为1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。 （四） 实际液态金属的微观特点 能量起伏 结构（相）起伏 成分（浓度）起伏 第三节 液态合金的性质 1、表面张力及其产生的原因 表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高。因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。 4、影响表面张力的因素 1）表面张力与原子间作用力的关系： 原子间结合力u0↑→表面内能↑→表面自由能↑→表面张力↑ 1、界面张力与润湿角 接触的两相质点间结合力越大，界面张力（界面能）就越小，两相间的界面张力越小时，润湿角θ越小，称之为润湿性好。 液态金属的流动性与充型能力 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，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； 充型能力弱，则可能产生浇不足、冷隔、砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。 液态金属的充型能力取决于： 内因 —— 金属本身的流动性； 外因 —— 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。 根据固液两相区的宽度，可将凝固过程分为层状凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）。 当固液两相区很窄时称为层状凝固方式，反之为糊状凝固方式，固液两相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固方式”。 （三）铸件凝固方式的影响因素 凝固温度区间的影响 第一节 凝固热力学 液-固相变驱动力 一、 液-固相变驱动力 第二节 均质形核 均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程(方式)，所以也称“自发形核” 。 非均质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。 一、形核功及临界半径 晶核形成时，系统自由能变化由两部分组成，即作为相变驱动力的液-固体积自由能之差（负）和阻碍相变的液-固界面能（正）： r＜ r*时，r↑→ΔG↑ r = r*处时，ΔG达到最大值ΔG* r ＞r*时，r↑→ΔG↓ 令： 得临界晶核半径 r*： r* 与ΔT 成反比，即过冷度ΔT 越大，r* 越小； ΔG*与ΔT2成反比，过冷度ΔT 越大，ΔG* 越小。 例： 设想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a*的立方体形状： (1)求均匀形核时的a*与△G*的关系式； (2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。 非均质形核 合金液体中存在的大量高熔点微小杂质，可作为非均质形核的基底。晶核依附于夹杂物的界面上形成。非均质形核过冷度ΔT比均质形核临界过冷度ΔT *小得多时就大量成核。 一、 非均质形核形核功 非均质形核临界晶核半径： 与均质形核完全相同。 非均质形核功 一、 晶体宏观长大方式 —取决于界面前方液体中的温度分布 平面方式长大——正温度梯度； 树枝晶方式生长——负温度梯度； 凝固时溶质分配系数 是指在给定的温度下，固-液界面侧固相溶质浓度Cs与液相浓度CL之比。 k=Cs/CL 第二节 合金凝固界面前沿的成分过冷 一、“成分过冷”条件和判据 二、“成分过冷”的过冷度 一、“成分过冷”条件和判据 “成分过冷”的形成条件分析 （K0＜1 情况下) ： → 界面前沿形成溶质富集层 → 平衡液相线温度TL(x’)随x’增大上升 液相中只有有限扩散时形成“成分过冷”的判据 由判据 可见，下列条件有助于形成“成分过冷”： 液相中温度梯度小（G L小）； 晶体生长速度快，R大； m L大，即陡的液相线斜率；