第6章液态金属的结构与性质

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1、第二篇液态成形基础-第6章液态金属的结构与性质中国矿业大学材料科学与工程学院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6.1液态金属的结构6.1.1液态金属的实验结果及分析???金属中的原子结合R→∞，F＝0R＞R0，F＜0（引力）→靠拢R＜R0，F＞0（

2、斥力）→分开R＝R0，F＝0→平衡图1-16.1液态金属的结构6.1.1液态金属的实验结果及分析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）6.1液态金属的结构6.1.1液态金属的实验结果及分析能量起伏(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—表6-1。1金属的体积变化--膨胀6.1液态金属的结构2.液态金属的熔化（热容、熔化潜热、熔化熵）（从固态金属熔化来考察液态金属的结构）①金属加热时，

3、Em增加；②金属的熔化首先是从晶界开始；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6.1液态金属的结构④热容：使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。热容变化不大，液体中质点热运动特点和固体接近—表6-2；⑤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，配位数的变化，与气化潜热的比较；⑥熔化熵：熔化时，熵增，系统内部混乱度增加。2.液态金属的熔化（热容、熔化潜热、熔化熵）表6-3几种金属的熔化潜热与气化潜热3X射线衍射分析右图是由X射线衍射结果整理而得的原子密度

4、分布曲线。横坐标原子球体的半径。纵坐标表示原子密度，其中（r）称为密度函数。700℃液态铝中原子密度分布线固态金属原子在某一平衡位置热振动因此衍射结果得到的原子密度分布曲线是一组相距一定距离（点阵常数）的垂线，每一条垂线都有确定的位置r和峰值。700℃液态铝中原子密度分布线但对于液态金属而言，原子密度分布曲线是一条呈波浪形的连续曲线。这是由于液态中的金属原子是处在瞬息万变的热振动和热运动的状态之中，而且原子跃迁频率很高，以致没有固定的位置。表6-5x射线衍射所得液态和固态金属结构参数因此，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

5、具有一定的规律性，其结构类似于固态。6.1液态金属的结构6.1.1液态金属的实验结果及分析1液态原子间距略大与液/固转变体积增大吻合；2配位数略减小，导致体积增大；3混乱度增加，熵增。6.1液态金属的结构6.1.2实际金属的液态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。6.1液态金属的结构

6、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6.1.2实际金属的液态结构6.1液态金属的结构实际金属的液态结构①A-B结合力较强：临时不稳定化合物如：S在Fe液中，高温时完全溶解，低温时析出FeS；②A-B非常强：形成新的固相；如O在Al中形成Al2O3;③假如B-B结合力>A-A及A-B：吸附甚至分层；仅含一种杂质元素为例:6.1.2实际金属的液态结构6.1液态金属的结构6.1.3液态金属结构理论（1）凝聚理论假设成稠密气体，通过修正状态方程，描述液态金属结构（2）点阵理论晶体缺陷模型①微晶模型②空穴模型③位错模型④综合模

7、型问题：假设长程有序；熵的变化（3）几何理论无规密堆硬球模型（刚球模型）（2）6.2液态金属的物理性质熔点和熔化潜热沸点和蒸发热比热容导热性热膨胀和固体收缩率扩散系数确定蒸发损耗程度：；热容小，激冷程度明显，影响充型；动力6.2.7液态金属的黏度液态金属的黏度对能否获得健全铸件有密切关系τ剪切应力vx流动速度速度梯度黏度的物理意义：当速度梯度为1时,相邻液层间单位面积上的内摩擦力;作用于液体表面的应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数6.2液态金属的物理性质6.2液态金属的物理性质粘滞系数粘滞性的本质是质点(原子)间结合力的大小运动黏度：运

8、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。6.2.7液态金属的黏度富林克尔表达式：1