液态金属的结构与性质讲课教案.ppt

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1、液态金属的结构与性质一、液态结构与固态结构间的异同1、从液态金属的热物理性质看，液态结构更象固态结构。2（1）金属的汽化潜热远大于熔化潜热：气态金属——原子间结合键几乎全部破坏。液态金属——原子间结合键仅部分被破坏。铝：汽化潜热/熔化潜热=27。铁：汽化潜热/熔化潜热=22。说明，固态金属完全变为气态比完全熔化所需能量大得多。液态金属结构类似于固态金属。3（2）熵的增值来看：由固态变液态，熵的增值相对于熔点前的熵值并不算大。（熵代表系统结构紊乱性变化）。这说明在熔点附近：液固结构相差不大。42、液体的机械特性——象气体；但体积特性、热特性——象固体——局部原子排列与固体无异——近程有序。53

2、、X射线衍射实验表明，在熔点附近液体与固体衍射得到的结构参数比较，很多方面极为相似，但与气体比，有很大不同。64、固液在外力下，外观的变化液体：外力——改变形状——流动（如重力下—水由高处流向低处）；固体：剪应力——弹性变形；外力去除—变形消失。即：固体不能流动。75、其它方面（1）熔化时，体积膨胀3%；（2）扩散系数：液——溶质扩散系数约10-5cm2/sec数量级；固——溶质扩散系数约10-8cm2/sec数量级。差1000倍。8二、理想纯金属的液态结构特点1、原子间保持较强的结合能。2、原子排列小距离内（仅在原子集团内——几十到几百个原子组成的集团）有规律——近程有序排列；3、原子集团

3、处于瞬息万变状态——能量起伏较大——结构起伏；4、原子集团之间存在“空穴”，共有电子运动发生变化：电阻率升高1-2倍）5、原子集团尺寸、速度与温度有关。9三、实际金属的液态结构特点1、存在大量杂质原子（1）杂质是多种多样的，非一种；（2）杂质分布不均匀；浓度起伏：游动原子集团之间存在成分不均匀性；结合力不同：同种元素与不同元素结合力的差异。结合力强的易聚；能量起伏：各原子间能量不同或各原子团尺寸不同。10（3）杂质存在方式不同：溶质、化合物。以二元合金为例：A、B结合力较强——形成新的化学键——临时不稳定化合物；（低温化合，高温分解）A、B结合力非常强——形成强而稳定的化合物——新相；B-B

4、、B-A结合力小于A-A，则A-A原子聚集——B被排斥在集团外或液体表面——降低表面张力——表面活性元素。112、杂质的来源（1）原材料存在多种杂质；（2）常用金属为多元合金；（3）熔化时，被污染（金属与炉气、熔剂、炉衬反应、吸气，带进杂质）。123、实际金属液态结构——非常复杂。（1）也存在游动原子团、空穴及能量起伏；（2）原子团、空穴中有各种合金元素及杂质元素；（3）存在浓度起伏；（4）存在不稳定或稳定化合物（固、气、液）。132.2液态金属的性质14一、粘度1、概念：液体在层流运动情况下，各液层间有摩擦阻力——粘度。用牛顿粘性定律表达：η为动力粘度，τ为切应力，dv/dx为速度梯度。1

5、52、影响因素粘度大小由液态金属结构决定，与温度、杂质有关。（1）温度16（2）化学成分：1）杂质数量、形状和分布，影响粘度；固态杂质——粘度增大；杂质多——粘度增大。2）同一合金，成分不同——粘度不同。接近共晶成分——粘度降低。173、粘度对材料成型的影响（1）金属液净化（气体、杂质的排出）；18（2）流动阻力与充型；液态合金的粘度大其流动阻力大。（3）凝固过程中的对流。粘度越大，对流强度越小。19二、表面张力1、概念：金属液表面质点因受周围质点对其作用力不平衡，在表面液膜单位长度上所受的绷紧力或单位表面积上的能量，称表面张力。202、影响因素（1）熔点（2）温度（3）溶质（杂质）213、

6、表面张力对材料成型的影响对金属晶体形核（形核功）及生长（结晶形态）、机械粘砂、缩松、热裂、夹杂及气泡等有影响。222．3液态金属的流动性及充型能力23一、流动性1、概念：液态金属本身的流动能力。2、影响因素：成分、温度、杂质含量及物理性质。与外界因素无关。3、作用：好的流动性利于缺陷的防止：（1）补缩；（2）防裂；（3）充型；（4）气体与杂质易上浮。24出气口浇口杯4、测定：浇注流动性试样。试样结构、铸型性质、浇注条件相同，改变合金成分，测试样长度。25二、充型能力261、概念：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。2、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施内因：自身流动

7、性外因：铸型的性质、浇注条件、铸件结构27（1）金属性质1）合金成分纯金属、共晶成分合金和金属间化合物的地方，流动性有最大值。（1）凝固点固定；（2）逐层凝固；（3）凝固层内表面平滑，阻力小；（4）流动时间长。有结晶温度范围的地方流动性下降，在最大温度范围处，流动性最差。（1）凝固温度区间；（2）断面存在两相区；（3）前端枝晶数多，粘度大，流速小。282）结晶潜热纯金属、共晶成分合金：凝固点固定，潜热能发挥，