D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.043 第21卷第2期 北京科技大学学报 VoL21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 一种测试冶金熔体流变特性的方法 吴铿潜伟储少军王颗 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要提出了采用可改变转速的高温粘度计，测试冶金熔体中熔渣和熔盐流变特性的方法，这 种高温粘度计只对较为普启遍采用的高温粘度计进行少量的改进.提出利用这种高温粘度剂确定 所测熔体的流变参数的方法，并给出修正后的本构方程. 关键词非牛顿流；冶金溶体；本构方程：旋转温粘度计 分类号0373 近年来，采用泡沫渣进行强化冶炼新工艺和 剪切速率而变化，即剪切速率和剪切应力的关系 生产新兴功能泡沫金属材料发展很快，在这些工 曲线不通过原点或通过原点而不是直线，如图1 艺中出现了很难用牛顿流体的规律来解释的现 中的其他线所示，显然对于非牛顿流体，其表观 象·~).这大大地促使人们对冶金熔体泡沫化的 粘度n.与真实粘度n(或叫微分粘度)是有所区 基理论和进行深人地研究，其中冶金熔体的非牛 别的，如图2所示.对于不同的剪切速率下的表观 顿流体流变特性格外引人注目.确定流变学状态 粘度是不同的，2种粘度的表达式分别如下所示： 方程（本构方程），即剪应力和剪切速率的关系， n。=tga=t,/D (2) 是流变学(rheology)研究的一个主要内容.冶金 n=tg=(dt dD)lo-. (3) 熔体在完全熔化时流动性较好，其粘度系数在 式中，i表示关系曲线中任意一点. 0.001~0.005Pa·s之间.关于流动性较好的高温 熔体本构方程测定目前尚未见报道，本文是在对 高温旋转粘度计进行改进的基础上，采用可变转 数的测量方法得到治金熔体的本构方程. 1实验原理 旋转法的测量粘度是基于浸入流体中的物 女 体（如圆筒、圆锥、圆板、球及其他形状的刚性体） 发生旋转，或当这些物体静止而使周围的流体旋 转时，它们将受到流体粘性力矩的作用，粘性力 剪切速率D 矩的大小与流体的粘度成正比.选定某一固定转 图1 牛顿液体（曲线）和非牛顿液体的流变特性曲线 速可测得该转速流体的表观粘度刀。，其计算公式 为： K X At (1) 其中，K为仪器常数；△t为偏转α，角度所需时间 (α，为测量时吊丝下端的感应片滞后于吊丝上端 的感应片的角度，a,=w·△t为角速度) 牛顿流体剪切速率D和剪切应力x的关系曲 线，是通过原点的直线，其斜率的大小与流体粘 度有关，如图1中的a线.非牛顿流体的粘度是随 剪切速率D 1998-12-08收稿吴篷男，47岁，副教授，博士 图2表观粘度和实际粘度的关系图 *国家自然科学基金资助课题(N0.59574026)第 21 卷 1 9 9 9年 第 2期 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i yt o f S c i e n e e a n d T e c h n l o gy B jie ni g V 0 L2 1 却 r. N O 一 2 19 99 一种 测试冶金熔体流变特性 的方法 吴 铿 潜 伟 储少军 王 颖 北京科技 大学冶金 学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 提 出了采 用可改 变转速 的高温粘度计 , 测试冶 金熔体 中熔渣和熔盐流变特性 的方法 . 这 种高 温粘度计 只 对较为普启遍采用 的 高温粘度计进行少量 的改进 . 提出利用 这种高温枯度剂 确定 所测熔 体的流变参数的方法 , 并 给出修正 后的本构方程 . 关键词 非牛 顿流 ; 冶金溶体 ; 本构方程 ; 旋转温粘 度计 分类号 0 3 7 3 近 年来 , 采 用 泡 沫 渣进 行 强 化冶 炼 新 工艺 和 生产 新 兴功 能 泡沫 金 属 材 料 发展 很 快 , 在这 些 工 艺 中出 现 了很难 用 牛 顿 流 体的规 律 来 解 释 的 现 象 1[ 一 ’ ] . 这 大 大 地 促 使人 们 对冶 金 熔 体泡 沫 化 的 基 理 论和 进 行 深人 地 研 究 , 其 中冶 金 熔 体的非 牛 顿流 体流 变 特性 格 外 引 人 注 目 . 确 定 流 变学 状态 方 程 (本构 方 程 ) , 即剪 应 力 和 剪 切 速 率 的 关 系 , 是 流 变 学 (ht co fo gy )研究 的 一 个 主要 内容 . 冶 金 熔 体在 完全熔 化 时 流 动 性 较 好 , 其 粘 度 系 数 在 .0 0 0 1一 .0 0 0 5 P a · s 之 间 . 关 于 流 动性 较好的 高温 熔体本构方程 测 定 目前 尚未 见 报道 . 本文 是 在 对 高温 旋转粘度计进 行改 进 的基 础上 , 采用 可 变转 数的测 量 方法 得 到冶 金熔体的本构方 程 . 剪切 速 率而 变化 , 即剪 切速率和剪切 应力的关系 曲线不 通 过 原点 或通 过原 点而 不是 直线 , 如图 1 中 的其他 线 所 示 . 显 然 对于非牛 顿流 体 , 其表观 粘 度 , 。 与 真实 粘 度冲 ( 或 叫微分 粘度 ) 是 有所 区 别的 , 如 图 2所示 . 对于 不 同的剪切速率下 的表观 粘 度是 不 同的 . 2 种粘度 的表达式分别如下所示 : 叮 (23 。 = t g a = r , / D ` 。 = gt o = d(r / dD ) { 。 。 。 式 中 , i 表示 关系 曲线中任意 一点 . 1 实验原理 旋 转 法 的测 量 粘 度 是 基 于 浸 人 流 体 中的 物 体 ( 如 圆筒 、 圆锥 、 圆板 、 球及 其 他 形 状的 刚性 体 ) 发 生 旋 转 , 或 当这些 物 体静止 而 使 周 围 的流 体旋 转 时 , 它 们 将受 到 流 体粘 性 力 矩 的作 用 , 粘 性 力 矩 的大 小 与 流体 的粘 度成 正 比 . 选 定某 一 固定 转 速 可测 得 该 转 速 流 体的表 观 粘 度刀 。 , 其 计算公 式 为 : 粉 。 = K X d t ( l ) 其 中 , K 为 仪 器 常 数 ; △t 为 偏 转 a ; 角 度 所 需 时 间 ( a , 为测 量 时 吊 丝下 端 的感 应 片 滞 后于 吊丝上 端 的感 应片 的角 度 , a l 一 。 · △t 为角 速度 .) 牛 顿 流体剪 切 速率 刀 和 剪 切应 力 r 的关 系 曲 线 , 是 通 过 原 点 的直 线 , 其 斜 率 的大 小 与流 体 粘 度 有 关 , 如 图 1 中的 a 线 . 非牛 顿流 体 的粘度是 随 1 9 9 -8 1 2 一 0 8 收稿 吴铿 男 , 4 7 岁 , 副教授 , 博士 * 国 家 自然科学基金资助课题 (N o . 5 9 57 4 0 2 6) / / / ó只过尽称 剪切速率 D 图1 牛顿液体 (曲线a) 和非牛倾液体的流变特性 曲线 2 2 2 只侧尽称1 剪切速率D 图2 表观粘度和实际粘度的关 系图 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 02. 043