材料成形原理第3版 吴树森材料成形原理（第3版）第1章.ppt

设f为流体流动时的阻力系数，则有 　　当液体以层流方式流动时，阻力系数大，流动阻力大。金属液体的流动成型，以紊流方式流动最好，由于流动阻力小，液态金属能顺利地充填型腔，故金属液在浇注系统和型腔中的流动一般为紊流。但在充型的后期或夹窄的枝晶间的补缩流和细薄铸件中，则呈现为层流。 64 64 2、表面张力——液体的物性参数 　　（一）表面张力是质点（分子、原子等）间作用力不平衡引起的。这就是液珠存在的原因。当外界所做的功仅用来抵抗表面张力而使系统表面积增大时，该功的大小则等于系统自由能的增量。 ? = 0o ? =180o Absolute wetting No wetting 润湿现象 ? ? ? 90o ? 90o （二）影响界面张力的因素 　　影响液态金属界面张力的因素主要有熔点、温度和溶质元素。 　　1．熔点 界面张力的实质是质点间的作用力，故原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，则表面张力往往就大。 　　2．温度　大多数金属和合金，如 Al、 Mg、 Zn等，其表面张力随着温度的升高而降低。因温度升高而使液体质点间的结合力减弱所至。但对于铸铁、碳钢、铜及其合金则相反，即温度升高表面张力反而增加。其原因尚不清楚。 　　3．溶质元素 溶质元素对液态金属表面张力的影响分二大类。使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素，如钢液和铸铁液中的S即为表面活性元素，也称正吸附元素。提高表面张力的元素叫非表面活性元素，其表面的含量少于内部含量，称负吸附元素。 金属液的表面张力可以改变 铝液中加入第二元素 镁液中加入第二元素 P、S、Si对铸铁熔液表面张力的影响 拉普拉斯—扬方程式 当曲面是球面一部分时，r1 = r2，则得到附加压力与曲率半径的关系式 r r 表面张力与毛细现象： ? 90o ，液体润湿管壁 ? 90o ，液体不润湿管壁 毛细现象 * 半固态——指合金在液相线和固相线之间的状态； 或者说：既有液相也有部分固相的状态。 液相 固相 半固态区 液相+固相 温度 T a b c Al Si Al-Si合金的相图 ab——液相线 acb——固相线 §1-4 半固态金属的流变性及表观粘度 * 稳定态下的速度梯度称为剪切速率(shear rate) * 幂定律 图1－17 剪切速率对表观粘度的影响 图1－18 冷却速度对表观粘度的影响 表观粘度： 表征半固态浆料的粘性，以区别服从牛顿粘性定律液体的动力粘度。 * 流变铸造是金属或合金在凝固温度区间给予强烈的搅拌，使晶体的生长形态发生变化，由本来是静止状态的树枝晶转变为梅花状或接近于球形的晶粒，然后再施加压力予以成形（如压铸、挤压）的一种方法。（包含了制浆及成形） 图1－15 流变铸造成形工艺示意图 (a)半固态制浆 （b）移送至压室内 (c)压铸或挤压成形 The end! 材料成形原理（第3版） 主编：吴树森，柳玉起 （华中科技大学材料学院） 机械工业出版社 第一篇　液态成形理论基础 第一章　液态成形理论基础 第二章　液态成形中的流动和传热 第三章　液态金属的凝固形核及生长方式 第四章　单相合金与多相合金的凝固 第五章　铸件凝固组织的形成与控制 第六章　特殊条件下的凝固 第一章 液体金属的结构和性质（Structure and Property of Liquid Metal) 凝固：物质从液态转变成固态的相变过程。 主要研究对象——液体金属 　　液态金属凝固学就是研究液态金属转变成固态金属这一过程的理论和技术。包括定性和定量地研究其内在联系和规律；研究新的凝固技术和工艺以提高金属材料的性能或开发新的金属材料成型工艺。 凝固现象的广泛性： 　　自然界的物质通常存在三种状态，即气态、液态和固态。在一定的条件下，物质可以在三种状态之间转变。物质从液态转变成固态的过程就是凝固。这是从宏观上的定义。从微观上看，可以定义为物质原子或分子从较为激烈运动的状态转变为规则排列的状态的过程。 水凝结成雪花晶体 * Schematic of thermoplastic Injection molding machine 塑料注射成形后的凝固 液体金属（钢水）浇注后凝固成固体金属 主要研究（学习）内容 （1）液体金属的性质 （2）晶体的生核和长大——凝固热力学及动力学 （3）凝固过程中的“三传” （4）具体合金的结晶方式——单相结晶、共晶 （5）零件的组织控制、缺陷防止 （气孔、夹杂、缩孔、缩松） 理论基础 物理化学、金属学、传热学、传质学和动量传输学。 研究内容 　　液态金属的结构和性质、晶体的生核和长大、宏观