液体金属的结构和性质课件.pptVIP

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， 润湿现象 ? ? ? 90o ? 90o ? = 0o ? =180o Absolute wetting No wetting （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 图 砂型与金属液的润湿性 正面图 X-X`截面图 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 §2-4 流动性及充型能力 “流动性”——液体金属本身的流动能力 由液态金属本身的成分、温度、杂质含量等决定，与外界因素无关。 流动性测试方法： 充型能力 充型能力与流动性、铸件结构、浇注条件及铸型等诸多条件有关。 一、液态金属流动性及充型能力的基本概念 “流动性”是液态金属本身的流动能力，由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。 液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又与外界条件密切相关，是各种因素的综合反应。 流动性是确定条件下的充型能力。液态合金的流动性好，其充型能力强；反之其充型能力差。但这可通过外界条件来提高充型能力。 流动性对于获得优质的液态成形产品，有着重要的影响。 液态合金的流动性可用试验的方法，即浇注螺旋流动性试样或真空流动性试样来衡量。 二、液态金属停止流动的机理 以纯铝和A1—5％Sn两种金属浇注流动性试样。A1—5％Sn合金的结晶温度范围约为430℃。 纯金属流动性试样的宏观组织是柱状晶，试样的末端有缩孔，这说明液态金属停止流动时，其末端仍保持有热的金属液。停止流动的原因，是末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱状晶相接触，金属的流动通道被堵塞。 A1—5％Sn合金流动性试样的宏观组织是等轴晶，离入口处越远，晶粒越细，试样前端向外突出。由此可以判断，液态金属的温度是沿程下降的，液流前端冷却最快，首先结晶，当晶体达到一定数量时，便结成一个连续的网络，发生堵塞，停止流动。 合金的结晶温度范围越宽，枝晶就越发达，液流前端析出少量固相，即在较短的时间，液态金属便停止流动。在液态金属的前端析出15～20％的固相量时，流动就停止。 充型能力的计算 充型过程：液体金属的非稳定的流动过程 l = v t 主要是计算流动时间t 充型能力示意图 充型时的两种停止流动方式 （1）窄凝固范围的合金——纯金属或结晶温度很窄（如共晶合金） t主要与试样厚度有关（第4章中） （2）宽凝固范围的合金——结晶温度范围宽 因流动前沿固相太多而停止流动 (1)窄凝固范围的合金 (2)宽凝固范围的合金 流动时间t＝t1+t2 (1)t1过热温度流动段 (2)t2凝固开始到停止流动时间段 充型能力——流动长度l = v t 影响充型能力的因素及提高充型能力的措施 第一类因素——金属性质方面：?1，c1, ?1, L, ?, ?, ?T(结晶特点) 第二类因素——铸型性质方面：?2，c2, ?2, T型，涂料层，透气性 第三类因素——浇注条件方面： T浇，H(压头)，外力场 第四类因素——铸件结构方面： 铸件厚度，结构复杂程度(型腔) 三. 影响充型能力的因素 对影响因素进行分析，其目的在于掌握它们的规律以后，能够采取有效的工艺措施提高液态金属的充型能力。 1．? 金属性质方面的因素 1）? 合金成分 合金的流动性与其成分之间存在着一定的规律性。在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化合物的地方出现最大值，而有结晶温度