液态成型原理ppt课件.ppt

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1、液态成形原理一、凝固理论基础二、凝固组织的形成与控制三、单向凝固与快速凝固四、化学冶金与冶金缺陷金属的凝固原理第一章:凝固理论基础1.1液态金属结晶1.2液态金属结晶的动力学条件1.3晶体的长大1.4单向合金的凝固1.5多项合金的凝固物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体,则称之为结晶。金属及其合金都是晶体,所以它们的凝固过程就是结晶。凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。凝固是相变过程,可为其它相变的研究提供基础。金属冶炼、铸造、焊接工艺过程就是结晶过程。第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶一、液态金属的结构结构:长程有序而短程

2、有序。特点(与固态相比):原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶1.1.1结晶的基本规律二、液态金属的性质第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶1、液态金属的粘滞性(粘度)1.1粘度的实质及影响因素1.2粘度在材料成形过程中的意义对液态金属净化的影响对液态合金流动阻力的影响对液态合金凝固过程中对流的影响第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶2、液态金属的表面张力1.1表面张力的实质及影响因素1.2表面张力在材料成形过程中的意义表面张力与表面能数值相等,但单位不同,也即意义不同第一章:凝固理论基础1

3、.1液态金属的结晶三、液态金属的流动性及充型能力流动性(fluidity):液态金属本身流动的能力。流动性与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。表2-1给出了一些合金的流动性。充型能力与流动性的关系:充型能力是外因(铸型)和内因(流动性)的共同结果。外因一定时,流动性就是充型能力。充型能力(mold-fillingcapacity):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。即液态金属反映铸型型腔的能力。充型能力与金属液本身的流动能力及铸型性质等因素有关。1、基本概念第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶2、液态金属充型能

4、力的计算2、液态金属充型能力的测试4.影响充型能力的因素三个方面:金属性质方面的因素;铸型性质方面的因素;浇注条件方面的因素1.金属性质方面的因素(流动性的高低):?纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金:流动性好?具有宽结晶温度范围的合金:流动性不好?结晶潜热:约为液态金属热量的85~90%。对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金,潜热的影响较大;而对于宽结晶温度范围的合金,潜热对流动性影响不大。合金液的粘度一、液体金属凝固热力学条件△Gv=Gl-Gs=(HL-TSL)-(Hs-TSs)=(HL-Hs)-T(SL-Ss)=L-T△S在Tm点:△G

5、v=L-Tm△S=0△S=L/Tm△Gv=L△T/Tm过冷现象(1)过冷:金属的实际结晶温度总是低于其理论结晶温度的现象。(2)过冷度:金属材料的理论结晶温度(Tm)与其实际结晶温度To之差△T=Tm-To注:过冷是结晶的必要条件,结晶过程总是在一定的过冷度下进行。第三章:液态金属凝固热力学和动力学3.1液态金属凝固热力学GdGLGS0原子位置a△Gd△Gm凝固过程的吉布斯自由能的变化第三章:液态金属凝固热力学和动力学3.1液态金属凝固热力学二、液态金属凝固过程中能量的增加第三章:液态金属凝固热力学和动力学3.1液态金属凝固热力学二、液态金属凝固过

6、程中的溶质再分配三、结晶过程(1)结晶的基本过程:形核-长大。(见示意图)(2)描述结晶进程的两个参数形核率:单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。长大速度:晶核生长过程中,液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶形核长大形成多晶体两个过程重叠交织第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶临界形核功相当于表面能的1/3,这意味着固、液之间自由能差只能供给形成临界晶核所需表面能的2/3,其余1/3的能量靠能量起伏来补足。均匀形核:在过冷的液态金属中,依靠液态金属本身的能量变化获得驱动力

7、,由晶胚直接成核的过程。非均匀形核:在过冷液态金属中,晶胚依附在其他物质表面上成核的过程。(凝固形核的主要方式)形核:母相(液相)中形成等于或大于一定临界大小的新相晶核的过程。形核方式:均匀形核,非均匀形核第一章:凝固理论基础1.1液态金属的结晶液态金属结晶的动力:过冷度液态金属结晶的阻力:形成新的界面热力学能障:由被迫处于高自由能过度状态下的界面原子所产生动力学能障:由金属原子穿越界面过程所引起在相变驱动力的驱使下,借助于成分起伏、结构起伏和能量起伏来克服热力学能障和动力学能障,使凝固过程得以不断进行,最后完成。第一章:凝固理论基础1.1液态金属

8、的结晶1.1.2结晶热力学第一章:凝固理论基础1.2均质形核1.2.1均匀形核热力学相变驱动力公式推导(1)晶胚形成时的能

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