·30· 北京科技大学学报 1998年第1期 间的变化不大.实验选定搅拌电压为100V.在温度为680℃，纯铝和加钙、镁后熔融铝合搅拌 扭矩随时间的变化的实验结果如图3所示，由图可见，对纯熔融铝来讲其搅拌扭矩随时间变 化不大，而在加钙，镁后熔融铝合中搅拌扭矩随时间变化而变化.有必要对此种情况确定一个 标准，从图3可见，开始时搅拌扭矩较低，但它随时间增长增加很快，这段过程是加人的增粘 剂在熔体中逐步分布均匀的过程.之后，搅拌扭矩随时间变化有所下降，在5mi以后搅拌扭 矩基本稳定在某一值，可认为这时加入的增粘剂已经分布很均匀，本文选择搅拌扭矩在稳定 后的值为该搅拌电压下的搅拌扭矩.表1给出了在不同温度下，由实验数据回归得出搅拌扭 表1铝和铝合金熔体中搅拌扭矩和转速的关系 序号 温度/℃ 添加剂 M和n的关系 相关系数 760 不加 M=0.00275n0 0.987 2 720 不加 M=0.00342n00 0.979 3 680 不加 M=0.00375n,oo0 0.981 4 760 Ca,Mg M=0.00477n0831 0.982 5 720 Ca,Mg M=0.00579n0.6s2 0.990 6 680 Ca,Mg M=0.00313n041 0.983 矩与搅拌转速的关系 纯铝在不同的温度条件下搅拌扭矩和搅 拌转速之间的关系符合式(10)，搅拌扭矩和 12 转速之比为常数，如表1所示.这就证明熔融 10 纯铝是牛顿流体.而加人增粘剂后的搅拌扭目 加镁，钙 P 矩和转速之间的线性关系不再存在，不能满 足公式(10)，熔体已是非牛顿流体.图4比较 O1)/ 6 了温度为680℃，纯铝和加人钙、镁后熔体的 4 搅拌扭矩与电机转速之间的关系，纯铝的搅 纯舅 拌扭矩与电机转速之间为直线关系，且直线 2 通过原点，符合牛顿粘性定律（式(8）).而加 0 人添加剂后，搅拌扭矩与电机转速之间呈现 0200400 60080010001200 出类似于幂律的规律.由表1中的序号4~6 n/(r-min) 也可看出n值小于1.加入钙、镁后其n值的减 图4搅拌扭矩与转速的关系(680℃，100V) 小，表现为一种类似拟塑性非牛顿流体的特性.这与作者采用专设备测得该熔体的流变特性 曲线相类似，加人钙，镁后熔体都表现出类似于拟塑性的特征.这也表明利用搅拌扭矩和电 机转速之间的关系是可以判断熔体的流变特性， 由于在相同电机转速下的搅拌扭矩可定性表征熔体在这种条件下的粘度，而相同搅拌电 压条件下的电机转速近似相等，故可用相同搅拌电压下的搅拌扭矩来定性表征粘度的大 小，从图3可见，加入金属添加剂后熔体的搅拌扭矩明显大于纯铝时的搅拌扭矩，说明金属 钙、镁确有增粘作用.由公式(10)可知，对牛顿流体，K‘与表观粘度有关，即与熔体的粘度有 关，由K‘值的变化可以判断熔体的粘度.对非粘度流体，由的指数偏离1的情况，可判断熔 体属于哪一类非牛顿流体.从作者对非牛顿流体特性所测定的结果看，如果因某些原因，当熔· 30 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 8年 第 1期 间的变 化不 大 . 实 验选 定搅 拌 电压为 10 V . 在温 度为 6 80 ℃ , 纯 铝和 加钙 、 镁后 熔融 铝合搅 拌 扭 矩 随 时 间的 变 化的实 验结 果 如 图 3 所 示 . 由 图可见 , 对纯 熔 融铝 来讲其搅 拌扭 矩 随时 间变 化 不大 , 而 在 加 钙 , 镁 后熔融 铝合 中搅 拌扭 矩 随时 间变化 而 变化 . 有 必要 对 此种 情况 确定 一个 标 准 . 从 图 3 可 见 , 开 始 时搅拌扭 矩 较低 , 但 它 随时 间增 长 增加 很快 , 这 段 过 程是 加人 的增 粘 剂在熔体 中逐步 分布 均匀 的 过程 . 之后 , 搅拌 扭矩 随 时 间变化 有所 下 降 , 在 5 而 n 以 后搅 拌扭 矩基本稳定 在某一 值 , 可 认为这时 加人 的增 粘 剂 已 经 分布 很 均匀 . 本文选 择搅拌扭矩 在 稳定 后 的值为 该搅拌 电压下 的搅 拌扭 矩 . 表 1 给 出 了 在 不 同温 度 下 , 由实 验数 据 回 归得 出搅 拌扭 表 1 铝和 铝合金熔体中搅拌扭矩和转速 的关系 序号 温 度/ ℃ 添加剂 M 和 。 的关系 相关系数 1 7 60 不加 M = 0 . 0 0 2 7 5 n `明 0 . 9 8 7 2 7 2 0 不 加 材 = 0 . 0 0 3 4 2 n ,明 0 . 9 7 9 3 6 80 不加 材 = o . o o 3 7 5 n , 姗 0 . 9 5 - 4 7 6 o ca , Mg M 一 0 . 0 0 4 7 7 n O 8 , , 0 . 9 5 2 5 7 2 o ca , Mg 材= o . o o 5 7 9 n 0 6吕, 0 . 9 9 0 6 6 s o ca , Mg M = 0 . o 3 1 3 n o 4 , , 0 . 9 5 3 矩 与搅拌转 速 的关 系 . 纯 铝 在 不 同 的温度 条 件下 搅 拌扭 矩 和搅 拌 转速 之 间 的 关 系符 合 式 ( 10) , 搅 拌扭 矩 和 转速 之 比为 常 数 , 如表 1 所 示 . 这就 证 明熔融 纯 铝是 牛 顿 流 体 . 而 加 人 增 粘 剂 后 的搅 拌 扭 亨 矩 和 转 速 之 间 的线 性 关 系不 再 存 在 , 不 能 满 子 足公 式 (l 0) , 熔体 已 是非 牛 顿流 体 . 图 4 比较 吕 了温 度 为 6 80 ℃ , 纯 铝 和 加 人 钙 、 镁 后 熔体的 轰 搅 拌扭 矩 与 电 机 转速 之 间 的关 系 . 纯 铝 的 搅 拌 扭 矩 与 电机 转速 之 间为 直 线关 系 , 且 直 线 通 过 原 点 , 符合牛 顿 粘 性 定 律 (式 ( 8) ) . 而 加 人 添 加 剂 后 , 搅拌扭 矩 与 电机 转 速 之 间呈 现 出 类 似 于 幂 律 的规 律 . 由表 l 中 的 序 号 4 一 6 也 可 看 出 n 值小 于 1 . 加 人钙 、 镁后 其 n 值的减 加镁 , 钙 1 2 0 0 n (/ r · 而n 一 ’ ) 圈 4 搅拌扭矩与转速的关系 (68 0 ℃ , l o v) 小 , 表 现 为 一 种类 似 拟 塑性 非 牛顿 流体 的特性 . 这 与作 者采 用专设备 测得 该熔 体的流变 特性 曲线相 类似 , 加 人钙 , 镁 后 熔体都 表现 出类 似于拟 塑性 的特征 17] . 这 也表 明利 用搅拌扭矩 和 电 机转 速 之 间 的关 系是 可 以 判 断熔体的流 变特性 . 由于在 相 同 电机 转速 下 的搅 拌扭矩 可定 性表 征熔 体在 这种条 件下 的粘度 , 而相 同搅拌 电 压 条件下 的 电机 转 速 近 似相 等 , 故 可 用 相 同搅 拌 电压 下 的搅 拌扭 矩 来 定 性 表 征 粘 度 的 大 小 . 从 图 3 可 见 , 加 入 金 属 添 加 剂后 熔体的 搅拌扭 矩 明显 大 于纯 铝 时 的搅 拌扭 矩 , 说 明 金属 钙 、 镁 确有 增 粘作 用 . 由公 式 ( 10) 可 知 , 对牛 顿流体 , K ` 与表观粘 度有 关 , 即与熔 体 的粘度 有 关 , 由 K ` 值的变 化 可以 判 断熔 体的粘 度 . 对非粘 度 流体 , 由 n 的指数偏 离 1 的情 况 , 可 判 断熔 体 属于 哪一类 非 牛顿 流体 . 从 作者 对 非牛 顿流体 特性 所测 定 的结果 看 , 如果 因某 些 原 因 , 当熔