吕书林-材料成型理论基础 成形原理1ppt课件

1、11-1 固体金属的加热、熔化固体金属的加热、熔化物质的物质的 “三态转变及相转变三态转变及相转变压力温度2 碳的碳的“三态与三态与温度、压力的关系温度、压力的关系 水的水的“三态与温三态与温度、压力的关系度、压力的关系34金属从固态熔化为液态时的状态变化金属从固态熔化为液态时的状态变化固态原子在平衡位置振动固态原子在平衡位置振动振动频率加快，振幅增大振动频率加快，振幅增大达到新的平衡位置，晶格常数变化达到新的平衡位置，晶格常数变化超过原子激活能超过原子激活能原子离开平衡位置处的点阵，形成空穴原子离开平衡位置处的点阵，形成空穴离位原子达到某一数值离位原子达到某一数值加热加热加热加热加热加热金属

2、由固态转变为液态金属由固态转变为液态体积膨胀，电阻、粘度发生变化体积膨胀，电阻、粘度发生变化温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸561-2 液态金属的结构液态金属的结构7表表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热几种金属的熔化潜热与气化潜热表表2 一些金属熔化时的熵值变化一些金属熔化时的熵值变化K-1K-189r称为密度函数。称为密度函数。1011表表1 13 x3 x射线衍射所得液态和固态金属结构参数射线衍射所得液态和固态金属结构参数12配位数

3、配位数1314151617181-3 液态金属的性质液态金属的性质流体力学流体力学已学过已学过V0YFdddA-dxxxxvFAyvFy力；面积；速度变化率液体的牛顿粘性定律液体的牛顿粘性定律192msN或或Pa.s/xdVdy运 动 粘 度动力动力ddxxvFAydydVx 切切应应力力20 粘度与原子离位激活能粘度与原子离位激活能U成正比，与其平均距离的成正比，与其平均距离的三次方三次方3、温度、温度T成反比。成反比。富林克尔公式富林克尔公式032exp()BBt k TUk Tt0_原子在平衡位置的振动时间；原子在平衡位置的振动时间；Kb_波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；_相邻原子平衡位置平

4、均距离；相邻原子平衡位置平均距离；T_热力学温度。热力学温度。u粘度由金属液层间的内摩擦力引起；粘度由金属液层间的内摩擦力引起；u其本质是原子间的结合力。其本质是原子间的结合力。21影响粘度的因素影响粘度的因素（1 1金属液的化学成分金属液的化学成分难熔化合物的结合力强，液体粘度较高，熔点前已开始原难熔化合物的结合力强，液体粘度较高，熔点前已开始原子聚集。子聚集。低熔点共晶合金的粘度低，异类原子间不结合，且彼此间低熔点共晶合金的粘度低，异类原子间不结合，且彼此间减缓对方原子的聚合。减缓对方原子的聚合。22（2 2温度温度（3 3非金属夹杂物非金属夹杂物 液体金属的粘度随温度升高而降低，对于成分

5、一液体金属的粘度随温度升高而降低，对于成分一定的合金，温度升高，粘度值下降。定的合金，温度升高，粘度值下降。u 液态金属中呈固态的非金属夹杂物使液态金属的粘液态金属中呈固态的非金属夹杂物使液态金属的粘度增加。其数量对粘度的影响大，形态对粘度也有度增加。其数量对粘度的影响大，形态对粘度也有影响。影响。u 金属液体的熔体处理如孕育、变质等对金属液的粘金属液体的熔体处理如孕育、变质等对金属液的粘度也有影响。度也有影响。23粘度的作用粘度的作用（1 1对熔液中运动物体的阻力对熔液中运动物体的阻力grVppt)(922Stokes公式公式Vt运动速度运动速度u金属液体中的夹杂物上浮的动力：金属液体中的夹

6、杂物上浮的动力：12()FVggu金属液体中的夹杂物上浮的阻力：金属液体中的夹杂物上浮的阻力：6cFrv 若夹杂物、气泡上浮太慢，凝固前还未浮出液面，将若夹杂物、气泡上浮太慢，凝固前还未浮出液面，将成为铸件内的夹渣、气孔等缺陷。成为铸件内的夹渣、气孔等缺陷。24粘度的作用粘度的作用（2 2影响液态金属的流动阻力影响液态金属的流动阻力Re64流动时的阻力系数层流）流动时的阻力系数层流）)运动粘度(e雷诺数DVDVRu液态金属液态金属大，其流动阻力也大。大，其流动阻力也大。u金属液以紊流方式充型为最好，液态金属能顺利充填型腔。金属液以紊流方式充型为最好，液态金属能顺利充填型腔。u但紊流易产生卷气、

7、氧化、夹渣。但紊流易产生卷气、氧化、夹渣。 25 Surface has excessive energyThere is a non-compensated molecular potential on the surface.根源：液面分子受力不均，根源：液面分子受力不均，产生指向液体内部的合力。产生指向液体内部的合力。26LGLSSGcoscosLGLSSGbWAG 若外界对系统所做的功全部用于表面能的增加，则有：若外界对系统所做的功全部用于表面能的增加，则有：SGLSLG气气固固AGb表面自由能27润湿现象 90o 90o = 0o =180o2829影响表面张力的因素影响表面张力的因

8、素30留意：金属液的表面张力可以改留意：金属液的表面张力可以改变变铝液中加入第二元素铝液中加入第二元素镁液中加入第二元素镁液中加入第二元素31P、S、Si对铸铁熔液表面张力的影响对铸铁熔液表面张力的影响PSSi32图图 砂型与金属液的润湿性砂型与金属液的润湿性正面图正面图X-X截面图截面图33 90o ，液体不润湿管壁，液体不润湿管壁34)11(21rrprghghRplgl)(2，代入上式cosRrgrhcos2-，液体下降高度不不润润湿湿时时grhcos2，液体上升高度润湿时润湿时35附加压力附加压力P：与管道半径：与管道半径r成反比，与成反比，与成正比，成正比，当当r很小时将产生很大的附

9、加压力，对铸造过程中很小时将产生很大的附加压力，对铸造过程中 液态液态金属的充型性能和铸件质量产生很大影响。金属的充型性能和铸件质量产生很大影响。r rcoscos2 2R R2 2p pu浇注薄壁铸件，必须提高浇注温度和压力，以克服附浇注薄壁铸件，必须提高浇注温度和压力，以克服附加压力对充型的阻碍。加压力对充型的阻碍。u铸型或涂料的选择，应保证金属液体和材料不润湿，铸型或涂料的选择，应保证金属液体和材料不润湿，防止金属液渗入铸型缝隙，提高铸件表面光洁度。防止金属液渗入铸型缝隙，提高铸件表面光洁度。润湿与复合材料，润湿与焊缝质量润湿与复合材料，润湿与焊缝质量36半固态半固态指合金在液相线和固相

10、线之间的状态指合金在液相线和固相线之间的状态1-4 半固态金属的流变性及表观粘度半固态金属的流变性及表观粘度ab液相线液相线acb固相线固相线 液液相相固相固相半固态区半固态区液相液相+固相固相温度温度 TabcAlSiAl-Si合金的相图合金的相图37半固态金属在流动、变形过程中的力学性质。半固态金属在流动、变形过程中的力学性质。通常采用半固态金属的表观粘度来描述之。通常采用半固态金属的表观粘度来描述之。半固态金属的流变性半固态金属的流变性简 介380ddxvy非牛顿（宾海姆）流体ddxvy牛顿流体39 表观粘度：表观粘度： 表征半固态浆料的粘性，以区别服从牛顿粘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。性定律液体的动力粘度。图图117 剪切速率对表观粘度的影响剪切速率对表观粘度的影响图图118 冷却速度对表观粘度的影响冷却速度对表观粘度的影响40 流变铸造是金属或合金在凝固温度区间给予强烈的搅拌，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为梅花状或接近于球形的晶粒，然后再施