第2章 液态金属的结构与性质PPT讲稿.ppt
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1、第第2章章 液态金属的结构液态金属的结构与性质与性质1第1页,共38页,编辑于2022年,星期一 液液态态金金属属:具具有有良良好好导导电电性性和和导导热热性性,并并在在宏观上呈无规则排列的原子集团,叫液态金属。宏观上呈无规则排列的原子集团,叫液态金属。为什么研究液态金属的结构与性质?为什么研究液态金属的结构与性质?为什么研究液态金属的结构与性质?为什么研究液态金属的结构与性质?因为对铸件有以下影响:因为对铸件有以下影响:(1 1)结晶过程;)结晶过程;(2 2)晶粒组织;)晶粒组织;)晶粒组织;)晶粒组织;(3 3)缺陷:偏析、气体、非金属夹杂物。)缺陷:偏析、气体、非金属夹杂物。)缺陷:偏
2、析、气体、非金属夹杂物。)缺陷:偏析、气体、非金属夹杂物。2第2页,共38页,编辑于2022年,星期一2.1 液态金属的结构液态金属的结构3第3页,共38页,编辑于2022年,星期一一、液态结构与固态结构间的异同一、液态结构与固态结构间的异同1、从从液液态态金金属属的的热热物物理理性性质质看看,液液态态结结构构更象固态结构更象固态结构。4第4页,共38页,编辑于2022年,星期一(1 1)金属的汽化潜热远大于熔化潜热:)金属的汽化潜热远大于熔化潜热:)金属的汽化潜热远大于熔化潜热:)金属的汽化潜热远大于熔化潜热:气态金属气态金属气态金属气态金属原子间结合键几乎全部破坏。原子间结合键几乎全部破坏
3、。液态金属液态金属液态金属液态金属原子间结合键仅部分被破坏。原子间结合键仅部分被破坏。铝:汽化潜热铝:汽化潜热铝:汽化潜热铝:汽化潜热/熔化潜热熔化潜热熔化潜热熔化潜热=27。铁:汽化潜热铁:汽化潜热/熔化潜热熔化潜热=22。说说明明,固固态态金金属属完完全全变变为为气气态态比比完完全全熔熔化化所所需需能能量大得多。量大得多。液态金属结构类似于固态金属。液态金属结构类似于固态金属。5第5页,共38页,编辑于2022年,星期一(2)熵的增值来看:熵的增值来看:由固态变液态,由固态变液态,熵的增值熵的增值相对于熔点前的熵值并相对于熔点前的熵值并不算大不算大。(熵代表系统。(熵代表系统结构紊乱性变化
4、)。结构紊乱性变化)。这说明在熔点附近:液固结构相差不大。这说明在熔点附近:液固结构相差不大。6第6页,共38页,编辑于2022年,星期一2 2、液体的机械特性、液体的机械特性象气体;象气体;但但体体积积特特性性、热热特特性性象象固固体体局局部部原原子子排排列列与固体无异与固体无异近程有序近程有序近程有序近程有序。7第7页,共38页,编辑于2022年,星期一n n3、X射射线线衍衍射射实实验验表表明明,在在熔熔点点附附近近液液体体与与固固体体衍衍射射得得到到的的结结构构参参数数比比较较,很很多多方方面面极极为为相相似似,但但与与气气体体比比,有有很很大大不同。不同。8第8页,共38页,编辑于2
5、022年,星期一4、固液在外力下,外观的变化、固液在外力下,外观的变化 液体:外力液体:外力液体:外力液体:外力改变形状改变形状流动(如重力下流动(如重力下流动(如重力下流动(如重力下水由高处流向低处);水由高处流向低处);水由高处流向低处);水由高处流向低处);固体:剪应力固体:剪应力固体:剪应力固体:剪应力弹性变形;外力去除弹性变形;外力去除弹性变形;外力去除弹性变形;外力去除变形变形变形变形消失。即:固体不能流动。消失。即:固体不能流动。消失。即:固体不能流动。消失。即:固体不能流动。9第9页,共38页,编辑于2022年,星期一n n5、其它方面、其它方面(1)熔化时,体积膨胀)熔化时,
6、体积膨胀)熔化时,体积膨胀)熔化时,体积膨胀3%;(2)扩散系数:)扩散系数:)扩散系数:)扩散系数:液液溶质扩散系数约溶质扩散系数约溶质扩散系数约溶质扩散系数约1010-5-5cmcm2/sec/sec 数量级;数量级;数量级;数量级;固固固固溶质扩散系数约溶质扩散系数约1010-8-8cmcm2 2/sec/sec 数量级。数量级。数量级。数量级。差差10001000倍倍倍倍。10第10页,共38页,编辑于2022年,星期一二、理想纯金属的液态结构特点二、理想纯金属的液态结构特点n n1、原子间保持较强的结合能。、原子间保持较强的结合能。n n2、原原子子排排列列小小距距离离内内(仅仅在在
7、原原子子集集团团内内几几十十到到几几百百个个原原子子组组成成的的集集团团)有有规规律律近程有序排列近程有序排列;n n3、原原子子集集团团处处于于瞬瞬息息万万变变状状态态能能量量起起伏伏较大较大 结构起伏结构起伏;n n4、原原子子集集团团之之间间存存在在“空空穴穴”,共共有有电电子子运动发生变化:运动发生变化:电阻率升高电阻率升高1-2倍倍)n n5、原子集团尺寸、速度与温度有关。、原子集团尺寸、速度与温度有关。11第11页,共38页,编辑于2022年,星期一三、实际金属的液态结构特点三、实际金属的液态结构特点n n1、存在大量杂质原子、存在大量杂质原子、存在大量杂质原子、存在大量杂质原子
8、(1 1)杂质是多种多样的,非一种;)杂质是多种多样的,非一种;)杂质是多种多样的,非一种;)杂质是多种多样的,非一种;(2)杂质分布不均匀;)杂质分布不均匀;)杂质分布不均匀;)杂质分布不均匀;浓度起伏浓度起伏浓度起伏浓度起伏:游动原子集团之间存在成分不均匀性;:游动原子集团之间存在成分不均匀性;:游动原子集团之间存在成分不均匀性;:游动原子集团之间存在成分不均匀性;结结结结合合合合力力力力不不不不同同同同:同同同同种种种种元元元元素素素素与与与与不不不不同同同同元元元元素素素素结结结结合合合合力力力力的的的的差差差差异异异异。结结结结合合合合 力强的易聚;力强的易聚;力强的易聚;力强的易聚
9、;能量起伏能量起伏能量起伏能量起伏:各原子间能量不同或各原子团尺寸不同。:各原子间能量不同或各原子团尺寸不同。:各原子间能量不同或各原子团尺寸不同。:各原子间能量不同或各原子团尺寸不同。12第12页,共38页,编辑于2022年,星期一n n(3)杂杂杂杂质质质质存存存存在在在在方方方方式式式式不不不不同同同同:溶溶溶溶质质质质、化化化化合合合合物物物物。以以以以二二二二元元元元合合合合金为例:金为例:金为例:金为例:A A、B B结结合合力力较较强强形形形形成成成成新新新新的的的的化化化化学学学学键键键键临临临临时时时时不稳定化合物;(低温化合,高温分解)不稳定化合物;(低温化合,高温分解)不
10、稳定化合物;(低温化合,高温分解)不稳定化合物;(低温化合,高温分解)A、B结结结结合合合合力力力力非非非非常常常常强强强强形形形形成成成成强强强强而而而而稳稳稳稳定定定定的的的的化化化化合合合合物物物物新相;新相;B-BB-B、B-AB-A结结合合力力小小于于A-AA-A,则则A-A原原子子聚聚集集B被被被被排排排排斥斥斥斥在在在在集集集集团团团团外外外外或或或或液液液液体体体体表表表表面面面面降降低低表表面面张张力力表面活性元素表面活性元素。13第13页,共38页,编辑于2022年,星期一n n2、杂质的来源、杂质的来源(1)原材料存在多种杂质;)原材料存在多种杂质;)原材料存在多种杂质;
11、)原材料存在多种杂质;(2 2)常用金属为多元合金;)常用金属为多元合金;)常用金属为多元合金;)常用金属为多元合金;(3 3)熔熔化化时时,被被污污染染(金金属属与与炉炉气气、熔熔剂剂、炉炉衬衬反应、吸气,带进杂质)。反应、吸气,带进杂质)。14第14页,共38页,编辑于2022年,星期一n n3、实际金属液态结构、实际金属液态结构 非常复杂。非常复杂。(1)也存在游动原子团、空穴及能量起伏;)也存在游动原子团、空穴及能量起伏;)也存在游动原子团、空穴及能量起伏;)也存在游动原子团、空穴及能量起伏;(2)原原子子团团、空空穴穴中中有有各各种种合合金金元元素素及及杂杂质质元元素;素;(3)存在
12、浓度起伏;)存在浓度起伏;(4 4)存在不稳定或稳定化合物(固、气、液)。)存在不稳定或稳定化合物(固、气、液)。)存在不稳定或稳定化合物(固、气、液)。)存在不稳定或稳定化合物(固、气、液)。15第15页,共38页,编辑于2022年,星期一2.2 2.2 液态金属的性质液态金属的性质16第16页,共38页,编辑于2022年,星期一一、粘度一、粘度n n1 1、概概概概念念念念:液液液液体体体体在在在在层层层层流流流流运运运运动动动动情情情情况况况况下下下下,各各各各液液液液层层层层间间间间有有有有摩摩摩摩擦擦擦擦阻阻阻阻力力力力粘粘粘粘度。度。度。度。n n 用牛顿粘性定律表达:用牛顿粘性定
13、律表达:用牛顿粘性定律表达:用牛顿粘性定律表达:n n为动力粘度,为动力粘度,为动力粘度,为动力粘度,为切应力,为切应力,为切应力,为切应力,dv/dxdv/dxdv/dxdv/dx为速度梯度。为速度梯度。为速度梯度。为速度梯度。17第17页,共38页,编辑于2022年,星期一n n2 2、影响因素、影响因素、影响因素、影响因素 粘度大小由液态金属结构决定,与温度、杂质有关。粘度大小由液态金属结构决定,与温度、杂质有关。粘度大小由液态金属结构决定,与温度、杂质有关。粘度大小由液态金属结构决定,与温度、杂质有关。n n(1 1)温度)温度)温度)温度18第18页,共38页,编辑于2022年,星期
14、一n n(2 2)化学成分:)化学成分:)化学成分:)化学成分:1 1)杂质数量、形状和分布,影响粘度;)杂质数量、形状和分布,影响粘度;)杂质数量、形状和分布,影响粘度;)杂质数量、形状和分布,影响粘度;固态杂质固态杂质固态杂质固态杂质粘度增大;杂质多粘度增大;杂质多粘度增大;杂质多粘度增大;杂质多粘度增大。粘度增大。粘度增大。粘度增大。2 2)同同同同一一一一合合合合金金金金,成成成成分分分分不不不不同同同同粘粘粘粘度度度度不不不不同同同同。接接接接近近近近共共共共晶晶晶晶成成成成分分分分粘粘粘粘度度度度降低。降低。降低。降低。19第19页,共38页,编辑于2022年,星期一n n3 3、
15、粘度对材料成型的影响、粘度对材料成型的影响、粘度对材料成型的影响、粘度对材料成型的影响 (1 1)金属液净化(气体、杂质的排出);)金属液净化(气体、杂质的排出);)金属液净化(气体、杂质的排出);)金属液净化(气体、杂质的排出);20第20页,共38页,编辑于2022年,星期一(2)流动阻力与充型;)流动阻力与充型;液态合金的粘度大其流动阻力大。液态合金的粘度大其流动阻力大。(3)凝固过程中的对流。)凝固过程中的对流。粘度越大,对流强度越小。粘度越大,对流强度越小。21第21页,共38页,编辑于2022年,星期一二、表面张力二、表面张力n n1 1、概概念念:金金属属液液表表面面质质点点因因
16、受受周周围围质质点点对对其其作作用用力力不不平平衡衡,在在表表面面液液膜膜单单位位长长度度上上所所受受的的绷绷紧紧力或单位表面积上的能量,称表面张力。力或单位表面积上的能量,称表面张力。22第22页,共38页,编辑于2022年,星期一n n2、影响因素、影响因素n n(1)熔点)熔点n n(2)温度)温度 n n(3)溶质()溶质(杂质)杂质)23第23页,共38页,编辑于2022年,星期一3 3、表面张力对材料成型的影响、表面张力对材料成型的影响、表面张力对材料成型的影响、表面张力对材料成型的影响对金属晶体形核(形核功)及生长(结晶形态)、机械粘对金属晶体形核(形核功)及生长(结晶形态)、机
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