第一籯材料液态成形原理 第一章液态金属 王浩伟 hwang@mail.sjtu.edu.cn 021-62932004(
第一篇 材料液态成形原理 第一章 液态金属 hwwang@mail1.sjtu.edu.cn 021-62932004(O) 王浩伟
°1.1液态金属基本理论 1.1.1液态金属的性质 1.1.2粘度理论 1.1,3表面和界面张力 1.2 Gibbs表面吸附方程 1.3液态金属的流动特征 1.3.1理想液体的流动 1.3.2粘滞性流体的流动 1.3.3相似定律 1.3.4自由落下液流充填型腔 1.3.5液态金属充型 1,4斯托克斯( Stokes)公式 1.5半固态流变规律 2021/2/19
2021/2/19 2 • 1.1 液态金属基本理论 • 1.1.1 液态金属的性质 • 1.1.2 粘度理论 • 1.1.3 表面和界面张力 • 1.2 Gibbs表面吸附方程 • 1.3 液态金属的流动特征 • 1.3.1 理想液体的流动 • 1.3.2 粘滞性流体的流动 • 1.3.3 相似定律 • 1.3.4 自由落下液流充填型腔 • 1.3.5 液态金属充型 • 1.4 斯托克斯（Stokes）公式 • 1.5 半固态流变规律
1.7液态金属基本理论 1.1.1液态金局的性质 液态金属的结构 金属和合金材料的加工制备过程? 配料、熔化和凝固成型三个阶段。 是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百 分数; 溶炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金 属 是金属由液态向固态转变的结晶过程,它决 定着金属材料的微观组织特征。 2021/2/19
2021/2/19 3 1.1 液态金属基本理论 1.1.1 液态金属的性质 液态金属的结构 金属和合金材料的加工制备过程？ 配料、 熔化 和 凝固成型 三个阶段。 配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百 分数； 熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金 属； 凝固是金属由液态向固态转变的结晶过程，它决 定着金属材料的微观组织特征。 ►►液相成型
感属 按原子聚集形态分为晶体与非晶体。 晶体 凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列 的物质称为晶体。 单晶体 在晶体中所有原子排列位向相同者称为单 晶体 多晶体 大多数金属通常是由位向不同的小单晶 晶粒)组成,属于多晶体 2021/2/19
2021/2/19 4 固态金属 按原子聚集形态分为 晶体与非晶体。 晶体 凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列 的物质称为晶体。 单晶体 在晶体中所有原子排列位向相同者称为单 晶体 多晶体 大多数金属通常是由位向不同的小单晶 （晶粒）组成，属于多晶体
在固体中原子被束缚在晶格结点上,其振动频 率约为1013次。 态意属? 液态金属中的原子和固态时一样,均不能自由运 动,围绕着平衡结点位置进行振动 但振动的能量和频率要比固态原子高几百万 倍 液态金属宏观上呈正电性,具有良好导电、导热 和流动性。 2021/2/19
2021/2/19 5 在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频 率约为1013 次/s。 液态金属？ 液态金属中的原子和固态时一样，均不能自由运 动，围绕着平衡结点位置进行振动 但振动的能量和频率要比固态原子高几百万 倍。 液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、导热 和流动性。 ►►液相结构？
1.物理性质变化 体积只膨胀3~5%,即原子间距平均只增大1~ 1.5% 熔化潜热只占气化潜热的3~7%见表1 这就可以认为金属由固态变成液态时,原子 结合键只破坏一个很小的百分数,只不过它的 熔化熵相对于固态时的熵值有较多的增加,表 明液态中原子热运动的混乱程度,与固态相比 有所增大。 比热容,与固态相比虽然稍大一些,但具有 相同的数量级。 2021/2/19
2021/2/19 6 1. 物理性质变化 体积只膨胀3～5％， 即原子间距平均只增大1～ 1.5％ 熔化潜热只占气化潜热的3～7 ％ 见表1 这就可以认为金属由固态变成液态时，原子 结合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的 熔化熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表 明液态中原子热运动的混乱程度，与固态相比 有所增大。 比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有 相同的数量级
金属晶体结构熔点(℃)|熔化潜热Ln(xa)沸点(℃)气化潜热J/al)Lb/Lm Al f cc 660 10.465 2480 291.346 27 f. cc 1063 12.809 2950 342.415 26.7 Cu f cc 1083 13.018 2575 304.741 23 Fe f cc/fcc 1536 15.195 3070 340.322 22.4 Zn h c.p. 420 7.242 907 115.115 16.0 Cd h.c.p 6.405 765 99.627 15.6 Mgh.cp 650 8.707 1103 133.952 15,4 表1几种金属的熔化潜热与气化潜热 2021/2/19
2021/2/19 7 表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
固体可以是非晶体也可以是晶体, 而液态金属则几乎总是非晶体。 液态金属在结构上更象固态而不 是汽态,原子之间仍然具有很高的 结合能。 2021/2/19
2021/2/19 8 固体可以是非晶体也可以是晶体， 而液态金属则几乎总是非晶体 。 液态金属在结构上更象固态而不 是汽态，原子之间仍然具有很高的 结合能
2X射线衍射分析 图1-1是由X射线衍射结果整理而得的原子密 度分布曲线。 横坐标r为观测点至某一任意选定的原子(参 考中心)的距离,对于三维空间,它相当于以所选原 子为球心的一系列球体的半径。 纵坐标4m2(门)示当半径增减一个单位长度时 球体(球壳)内原子个数的变化值,其中p(r)称为 密度函数 2021/2/19
2021/2/19 9 2 X射线衍射分析 图1-1是由X射线衍射结果整理而得的原子密 度分布曲线。 横坐标r为观测点至某一任意选定的原子（参 考中心）的距离，对于三维空间，它相当于以所选原 子为球心的一系列球体的半径。 纵坐标 表示当半径增减一个单位长度时， 球体（球壳）内原子个数的变化值，其中（r）称为 密度函数。 4 ( ) 2 r r
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,与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。 但对于液态金属而言,原子密度分布曲线是一条呈 形的曲线。 这是由于当金属转变为液态时,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,而其峰值所对应的 位置(r)只是表示衍射过程中相邻原子之间最大几率的 原子间距。 2021/2/19
2021/2/19 10 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，与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。 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。 这是由于当金属转变为液态时，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，而其峰值所对应的 位置（r）只是表示衍射过程中相邻原子之间最大几率的 原子间距