第二章 液态金属结构

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1、第二章液体金属结构与性质液体金属的性质：密度、表面张力、粘度、熔点、结晶潜热、导热率等。液体金属的性质直接或间接影响着铸件的一次结晶组织、缩孔、气孔、偏析、热裂等。一．固体金属的加热、膨胀、熔化二．液态金属结构三．液体合金的性质1一．固体金属的加热、膨胀、熔化（一）原子间作用力的电子理论（二）金属的加热膨胀（三）金属的熔化2（一）原子间作用力的电子理论由于自由电子与正离子间的吸引力所表现的两个原子间的吸力,和由于电子高速运动产生的离心力所表现的两个原子间的斥力，这两种力的综合作用，使得两个原子间保持一定的距离，组成一定的晶格形式。两正离子之间

2、距离为R0时，即:引力能=斥力能系统最稳定，因此，一定条件下，金属具有一定的原子排列。R0作用力作用能W3（二）金属的加热膨胀1.原子间作用力的不对称性引起的膨胀因势能与离子之间的距离的关系是不对称的，当温度升高，离子发生振动，互相靠近时，产生的斥力要比远离时产生的引力大，从而使离子相互间易于远离而不易靠近，结果使原子间的距离加大。WRR042．空穴的产生除了离子间的距离加大以外，点阵中空穴的产生也是造成膨胀的原因：由于能量起伏，总有一些原子具有比平均能量高的能量，使它们能克服周围原子的能垒跑到新的环境中去，如金属的表面或原子的间隙之中。原子

3、离开点阵之后，即留下了自由点阵空穴。温度越高，原子的能量越大，产生的空穴数越多，从而造成金属的膨胀，在熔点附近，空穴的数量可达原子总数的1%。5（三）金属的熔化金属加热到熔点附近时：体积突然膨胀3~5%；电阻、粘性等突变；熔化潜热：在吸收大量的热量的情况下，金属的温度并不升高，理解为原子间的引力急剧减小，从而造成原子结合键的突然破坏，原子间的规则排列突然崩溃，金属进入液体状态。热力学条件：外界所提供的潜热除由于体积膨胀作功外，另一部分则增加了系统的内能。在恒压下：δq为外界供给的热量；u为内能；pdv为膨胀功；H为热焓，在等温等压条件下：熵值

4、的增加，意味着结构排列的混乱。从有序到无序的过程。6二．液态金属结构（一）液态金属与固体的差别（二）X-射线对液态金属结构的研究结果（三）液态金属结构理论（四）实际金属与合金的液体结构（五）液态金属结构转变的理论与实践7（一）液态金属与固体的差别潜热：键能的破坏；熵变:熵值的增加;力学性质:易动性，不能承受剪、拉应力8（二）X-射线对液态金属结构的研究结果1．衍射图像；固体金属是规则分布的斑点，而液态金属是漫射光环，无序原子造成的X射线漫射。衍射强度分布图。2.配位数：表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数3.径向密度分布,或径向分布密度

5、：（radicaldistributionfunction-RDF）表示在r~r+dr间球壳中的原子数多少。固体中原子是固定的，故球壳中的原子数是某一固定的数，而呈现一条条的直线。94.偶分布函数:g(r)）特征：即距某一参考粒子r处找到另一粒子的几率，或r处对于平均数密度ρ0（=N/V）的相对偏差。GSL10（三）液态金属结构理论1．晶格理论近程有序，远程无序。2．紊乱排列的密集球堆理论Bernal的无规密集硬球堆理论和模型3.液态金属的晶体缺陷模型微晶模型：液态金属由很多微小晶体和面缺陷组成空穴模型：金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的

6、空位位错模型：液态金属可以看成是一种被位错芯严重破坏的点阵结构综合模型：液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随温度变化而变化。11Bernal的无规密集硬球堆理论：液体是原子紊乱的密集球堆。即液体是均质的互相粘着的、本质上是不规则的原子集合体，既不包含有晶体区域，也没有收容其它原子的空洞。Bernal的无规密集硬球堆模型：几千个钢球到入一个球形袋内紧实，得到紊乱排列的密集球堆，之后浇上油漆使之粘合再一起。即可得到配位数；称

7、为“伪晶核”的高致密区-----晶胚根据无规密集硬球堆理论，得到的结构中有五种多面体间隙12（四）实际金属与合金的液体结构实际金属与合金的液体结构，存在着三种起伏：温度、结构、浓度实际金属与合金的液体结构理想的液态金属：是一种物理透明的液体，不含有气体、夹杂、悬浮物等。实际金属与合金的液体：凡固态时原子排列致密的合金，熔化后仍能牢固地保持组织状态直至到很高温度；晶界、加工变形部分势能高熔化时最早失去原来晶体特性进入紊乱态；晶粒中心、特别是结合键很强的化合物在很高温度才失去结晶痕迹。如：铁水中存在的石墨晶粒，铸铁组织的遗传性。离合金的熔点越近，

8、液体系统越复杂组元间原子体积差越大，温度下降时同类原子聚合、分层；共晶结晶时，组成两相为化合物或固溶体，在共晶前两相各类原子开始聚合。13三．液体合金的性质（一）液