1、1,第三章 液态金属的结构和性质,液态金属的结构,液态金属的性质,2,3.1 液态金属的结构,一、金属的加热膨胀和熔化 1. 膨胀的原因： （1）原子间的斥力和引力随距离变化快慢不同，势能曲线不对称，振动中心位置变远，原子间距增大 （2）“空穴”的产生,3,结合力与结合能,4,结合力与结合能,原子间必须保持一定的平衡距离，这是固态金属中的原子趋于规则排列的重要原因。,5,6,金属从规则的原子排列突变为紊乱的 非晶质的过程，该过程中吸收的热量除了 使体积膨胀做功外，还增加了系统的内 能。 实践证明，金属熔化从晶界开始。,2. 熔化,7,二、液态金属的结构 1. 间接法 通过比较固液态和固气态转变
2、的物理 性质的变化判断。 （1）体积和熵值的变化 （2）熔化潜热和汽化潜热,2. 直接法 X射线或中子线分析研究液态金属的原 子排列。 液态金属中原子的排列在几个原子的间距范围内，与 其固态的排列方式基本一致，但由于原子间距的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化，热运动增强。,8,700时液态Al中原子分布图,9,（1）原子间仍保持较强的结合能，平均原 子间距增加不大；（2）原子排列在较小距离内仍具有一定规 律性，原子集团呈“近程有序排列”； （3）原子集团处在“能量起伏”状态； （4）原子集团处在“结构起伏”状态；,3. 液体状态的结构有以下特点：,10,1200时液态金属原子的状态,15
3、00时液态金属原子的状态,11,12,13,能量起伏,结构起伏,浓度起伏,14,3.2 液态金属的性质,液态金属的表面现象,液态金属的黏性,15,一、液态金属的黏性,（一） 动力黏度和运动黏度,动力黏度,16,影响粘度的因素有以下主要方面：（）温度 温度高则粘度小。（）化学成分 难熔化合物的粘度高，而 熔点低的共晶成分合金其粘度低（）非金属夹杂物呈固态的非金属夹杂 物使液态合金的粘度增加。,17,（二）合金黏度对铸件质量的影响 动力黏度高，充型过程中的运动阻力就大， 易造成浇不到。 雷诺数在浇注系统和型腔流动时的紊流程度。,18,黏度对铸件形成过程的影响 （）对液态金属流态的影响液态金属的流
4、动阻力在层流时受粘度的影响远比在紊 流时的大。（）对液态金属对流的影响运动粘度愈大 ， 对流强度愈小。（）对液态金属净化的影响液体的粘度越大， 杂质留在铸件中的可能性就越大。,19,Stokes公式 合金液中的气泡和非金属夹杂物在金属液中的上浮速度：,适用对象直径小于0.1mm的球形气泡或杂质。,20,二、 液态合金的表面现象,（一）分子压力： 由于任何相界面处表相分子受力不均匀,表相分子有向体相运动的趋势因而表相对体相产生一种压力,称为“分子压力”。这是产生表面张力的根源。,21,22,（二）弯曲液面的附加压力,1. 附加压力：当相界面为曲面时，还会产生另一种压力，称为附加压力。附加压力定义
5、为： PA=Pr-P 其中:P和Pr分别为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。可见,附加压力是任意形状界面时比平界面时多出的压力。,23,任意弯曲的液-气表面，附加压力p：R1,R2界面上两个相互垂直弧线的曲率半径当为球状时,24,2.弯曲液面的附加压力,25,附加压力的推导：设想在液态钎料内部形成一个球形的气泡,气泡的半径为r,当温度一定时液体所受的压力为P。当压力P发生微小变化时,则气泡的表面积A和体积V均发生微小改变dA和dV,则有：对于球形气泡 V=4r3/3, dV= 4r2dr A= 4r2, dA= 8rdr所以：dA/dV=2/r故： PA=2/r 可见附加压力与表面张力成正
6、比,与界面曲率半径成反比。 气泡法测定附加压力示意图,26,YoungLaplace方程,对于球面：R1=R2=r,则PA=2/r； 对于平面：R1,R2 ， 则PA 。,27,（三）固-液-气界面张力,固体表面的液滴及表面张力的示意,28,根据力的平衡原理：,29,（四）影响表面张力的因素,1. 熔点（原子结合力） 熔点高的物质，其原子结合力大，表面张力大2. 温度 多数金属和合金，温度升高，表面张力降低； 但少数合金，如铸铁、碳钢、铜及其合金等随 温度升高表面张力升高。3. 溶质 使表面张力降低 表面活性物质； 使表面张力升高 非活性物质；,30,（五） 对铸型工艺的影响,冶炼正常的合金液，不润湿型壁，有助于防止机械粘沙。但对于薄壁，棱角处，需要克服附加压头。,不浸润时管孔中的附加压头,
