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铸件形成理论重要知识点

第一章液态金属的结构和性质

1.金属的加热膨胀：

原子间距离将随温度的升高而增加，即产生热膨胀。由于能量起伏，一些原子那么可能越过势垒跑到原子之间的间隙中或金属外表，原子离开点阵后，留下了自由点阵——空穴。因此，除原子间距增大造成膨胀之外，空穴的产生也是物体膨胀的原因之一。

2.金属的熔化：

把金属加热到熔点附近时，离位原子数大为增加。在外力的作用下，这些原子作定向运动，造成晶粒间的相对流动，称为晶界粘滞流动。晶粒内部，也有相当数量的原子频频跳跃、离位，空穴数大为增加。接近熔点时，晶界上的原子那么可能脱离原晶粒外表，向邻近晶粒跳跃，晶粒逐渐失去固定形状。将金属加热至熔点时，金属体积突然膨胀3~5%，等于固态金属从热力学温度零度加热到熔点前的总膨胀量。金属的其它性质如电阻、粘性等发生突变，吸收大量热能——熔化潜热，而金属的温度不升高。

3.理想金属的液态结构特点

金属熔化后，以及在熔点以上不高的温度范围内，液体状态的结构有以下特点：

1、原子排列在较小距离内仍具有一定规律性，且其平均原子间距增加不大。

2、金属液体由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处那么受到很大破坏〔近程有序排列〕。

3、原子集团存在能量起伏和结构起伏。

4、原子集团间距较大，比拟松散，犹如存在空穴。空穴与原子集团一起不停地“游动”。

5、原子集团的平均尺寸、游动速度都与温度有关，温度越高，那么原子集团的平均尺寸越小，游动速度越快。

概括起来：接近熔点的液态金属由许多游动的原子集团和空穴组成，原子集团中原子呈规那么排列，结构与原固体相似，但存在能量起伏和结构起伏。

4.实际金属的液态结构

实际金属中总存在大量杂质和溶质原子，所以其液态除了存在能量起伏和结构起伏以外，还存在浓度起伏。实际液态金属在微观上是由存在能量起伏、结构起伏和成分起伏的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态的化合物组成的混浊液体；从化学键上看，除了基体金属与其合金元素组成的金属键之外，还存在其他多种类型的化学键。

5.影响粘度的因素

(1)温度：温度不太高时，T升高，η值下降。温度很高时，T升高，η值升高。

(2)化学成分：外表活性元素使液体粘度降低，非外表活性杂质的存在使粘度提高。

(3)非金属夹杂物：非金属夹杂物使粘度增加。

6.粘度对铸坯质量的影响

(1)对液态金属流动状态的影响：粘度对铸件轮廓的清晰程度有影响，为降低液体的粘度应适当提高过热度或者参加外表活性物质等。凝固收缩形成压力差而造成的自然对流直接影响到铸件的质量，如热裂、缩孔、缩松的形成倾向。

(2)对液态金属对流的影响：运动粘度越大，对流强度越小。铸坯的宏观偏析主要受对流的影响。

(3)对液态金属净化的影响：粘度越大，夹杂物上浮速度越小，越容易滞留在铸坯中形成夹杂、气孔。

7.影响外表张力的因素

1〕熔点：高熔点的物质，其原子间结合力大，其外表张力也大。

2〕温度：大多数金属和合金，温度升高，外表张力降低。

3〕溶质：向系统中参加削弱原子间结合力的组元，会使外表内能和外表张力降低。

8.外表张力对铸坯质量的影响

1〕界面张力与润湿角：液态金属凝固时析出的固相与液相的界面能越小，形核率越高。液态杂质与金属晶体之间的润湿性将影响杂质形态。

2〕外表张力引起的附加压力：附加压力提高金属液中气体析出的阻力，易产生气孔。影响金属液与铸型的相互作用。附加压力为正值时〔不润湿〕，铸坯外表光滑，但充型能力较差，必须附加一个静压头。附加压力为负值时〔润湿〕，金属液能很好地充满铸型型腔，但是容易与铸型粘结〔粘砂〕，阻碍收缩，甚至产生裂纹。

9.概念

能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量那么远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”

结构起伏：液态金属中的原子集团处于瞬息万变的状态，时而长大时而变小，时而产生时而消失，此起彼落，犹如在不停顿地游动。这种结构的瞬息变化称为结构起伏。

近程有序排列：金属液体那么由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处那么受到很大破坏。这种仅在原子集团内的有序排列称为近程有序排列。

浓度起伏：不同原子间结合力存在差异，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。这种成分的不均匀性称为浓度起伏。

粘滞性：在流体力学中有两个概念，一个是动力粘度，另一个是运动粘度。

外表张力：液态金属外表层的质点受到一个指向液体内部的力，物体倾向于减小其外表积，这相当于在液态金属外表有一个平行于外表且各向大小相等的张力，这个张力就是外表张力。

第二章液态金属的充型能力

1.充型能力与流动性的联系与区别：

充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰