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液态金属凝固理论液态金属凝固理论液态金属凝固理论液态金属凝固理论基础基础基础基础参考书参考书参考书参考书1、、、、吴树森吴树森吴树森吴树森，，，，柳玉起柳玉起柳玉起柳玉起.材料成形原理材料成形原理材料成形原理材料成形原理(第第第第2版版版版)[M].北京北京北京北京：：：：机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社，，，，2008.2、、、、马幼平马幼平马幼平马幼平，，，，许云华许云华许云华许云华.金属凝固原理及技术金属凝固原理及技术金属凝固原理及技术金属凝固原理及技术[M].北京北京北京北京：：：：冶金工业出版社冶金工业出版社冶金工业出版社冶金工业出版社，，，，2001.3、、、、陈平昌陈平昌陈平昌陈平昌，，，，朱六妹朱六妹朱六妹朱六妹.材料成形原理材料成形原理材料成形原理材料成形原理[M].北京北京北京北京：：：：机械机械机械机械工业出版社工业出版社工业出版社工业出版社，，，，2001.4、、、、李庆春李庆春李庆春李庆春.铸件形成理论基础铸件形成理论基础铸件形成理论基础铸件形成理论基础[M].北京北京北京北京：：：：机械工业机械工业机械工业机械工业出版社出版社出版社出版社，，，，1982.一、材料成形与制造业原材料原材料原材料原材料(锭料锭料锭料锭料、、、、轧材轧材轧材轧材)液态成形液态成形液态成形液态成形连接成形连接成形连接成形连接成形塑性成形塑性成形塑性成形塑性成形(含注塑成含注塑成含注塑成含注塑成形形形形)粉末成形粉末成形粉末成形粉末成形切削切削切削切削成形成形成形成形表面加工表面加工表面加工表面加工热处理热处理热处理热处理切削加工切削加工切削加工切削加工装配装配装配装配切削加工切削加工切削加工切削加工机器机器机器机器毛坯毛坯毛坯毛坯零件零件零件零件液态成形液态成形液态成形液态成形连接成形连接成形连接成形连接成形塑性成形塑性成形塑性成形塑性成形(含注含注含注含注塑成塑成塑成塑成形形形形)粉末成形粉末成形粉末成形粉末成形切削切削切削切削成形成形成形成形材料加工的主要方法加工加工加工加工冷加工冷加工冷加工冷加工热加工热加工热加工热加工铸铸铸铸锻锻锻锻焊焊焊焊——凝固凝固凝固凝固（（（（液态液态液态液态））））成形成形成形成形——连接成形连接成形连接成形连接成形热处理热处理热处理热处理、、、、表面加工表面加工表面加工表面加工、、、、粉冶加工粉冶加工粉冶加工粉冶加工——塑性塑性塑性塑性（（（（高温高温高温高温、、、、室温室温室温室温））））成形成形成形成形、、、、(含注塑成含注塑成含注塑成含注塑成形形形形)——车车车车、、、、铣铣铣铣、、、、刨刨刨刨、、、、钳钳钳钳、、、、磨磨磨磨材料成形主要方法材料成形主要方法材料成形主要方法材料成形主要方法：：：：液态液态液态液态成形成形成形成形连接成形连接成形连接成形连接成形塑性成形塑性成形塑性成形塑性成形粉末成形粉末成形粉末成形粉末成形切削成形切削成形切削成形切削成形•［［［［液态成形液态成形液态成形液态成形］：］：］：］：熔炼金属熔炼金属熔炼金属熔炼金属，，，，并将熔融并将熔融并将熔融并将熔融金属浇注金属浇注金属浇注金属浇注、、、、压射或吸入铸型型腔中压射或吸入铸型型腔中压射或吸入铸型型腔中压射或吸入铸型型腔中，，，，凝固成为一定形状和性能的铸件凝固成为一定形状和性能的铸件凝固成为一定形状和性能的铸件凝固成为一定形状和性能的铸件。。。。这这这这种成形方法通常又称为种成形方法通常又称为种成形方法通常又称为种成形方法通常又称为铸造铸造铸造铸造。。。。其基本其基本其基本其基本过程是过程是过程是过程是熔炼熔炼熔炼熔炼、、、、浇注浇注浇注浇注和和和和凝固凝固凝固凝固。。。。第第第第1111章章章章液态金属的结构和性质液态金属的结构和性质液态金属的结构和性质液态金属的结构和性质一一一一、、、、液体的分类液体的分类液体的分类液体的分类按液体的构成类型按液体的构成类型按液体的构成类型按液体的构成类型，，，，可分为可分为可分为可分为：：：：•原子液体原子液体原子液体原子液体（（（（如液态金属如液态金属如液态金属如液态金属、、、、液化惰性气体液化惰性气体液化惰性气体液化惰性气体））））•分子液体分子液体分子液体分子液体（（（（如极性与非极性分子液体如极性与非极性分子液体如极性与非极性分子液体如极性与非极性分子液体），），），），•离子液体离子液体离子液体离子液体（（（（如各种简单的及复杂的熔盐如各种简单的及复杂的熔盐如各种简单的及复杂的熔盐如各种简单的及复杂的熔盐））））二二二二、、、、液体的表观特征液体的表观特征液体的表观特征液体的表观特征•具有流动性具有流动性具有流动性具有流动性（（（（液体最显著的性质液体最显著的性质液体最显著的性质液体最显著的性质））））；；；；•可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状（（（（类类类类似于气体似于气体似于气体似于气体，，，，不同于固体不同于固体不同于固体不同于固体））））；；；；•不能够象固体那样承受剪切应力不能够象固体那样承受剪切应力不能够象固体那样承受剪切应力不能够象固体那样承受剪切应力，，，，表明液体的原子表明液体的原子表明液体的原子表明液体的原子或分子之间的结合力没有固体中强或分子之间的结合力没有固体中强或分子之间的结合力没有固体中强或分子之间的结合力没有固体中强（（（（类似于气类似于气类似于气类似于气体体体体，，，，不同于固体不同于固体不同于固体不同于固体））））；；；；•具有自由表面具有自由表面具有自由表面具有自由表面（（（（类似于固体类似于固体类似于固体类似于固体，，，，不同于气体不同于气体不同于气体不同于气体））））；；；；•液体可压缩性很低液体可压缩性很低液体可压缩性很低液体可压缩性很低（（（（类似于固体类似于固体类似于固体类似于固体，，，，不同于气体不同于气体不同于气体不同于气体））））。。。。液液液液体体体体性性性性质质质质•物理性质物理性质物理性质物理性质：：：：密度密度密度密度、、、、粘度粘度粘度粘度、、、、电导率电导率电导率电导率、、、、热导率热导率热导率热导率和扩散系数等和扩散系数等和扩散系数等和扩散系数等；；；；•物理化学性质物理化学性质物理化学性质物理化学性质：：：：等压热容等压热容等压热容等压热容、、、、等容热容等容热容等容热容等容热容、、、、熔熔熔熔化和气化潜热化和气化潜热化和气化潜热化和气化潜热、、、、表面张力表面张力表面张力表面张力等等等等；；；；•热力学性质热力学性质热力学性质热力学性质：：：：蒸汽压蒸汽压蒸汽压蒸汽压、、、、膨胀和压缩系数及膨胀和压缩系数及膨胀和压缩系数及膨胀和压缩系数及其它其它其它其它金属液体粘度较大金属液体粘度较大金属液体粘度较大金属液体粘度较大，，，，而水几乎没有粘度而水几乎没有粘度而水几乎没有粘度而水几乎没有粘度。。。。三、液体的结构和性质与材料成形的关系–液体的界面张力液体的界面张力液体的界面张力液体的界面张力、、、、潜热等性质潜热等性质潜热等性质潜热等性质凝固过程的形核及晶体生长的热力学凝固过程的形核及晶体生长的热力学凝固过程的形核及晶体生长的热力学凝固过程的形核及晶体生长的热力学–熔体的结构信息熔体的结构信息熔体的结构信息熔体的结构信息凝固的微观机制凝固的微观机制凝固的微观机制凝固的微观机制–液体的原子扩散系数液体的原子扩散系数液体的原子扩散系数液体的原子扩散系数、、、、界面张力界面张力界面张力界面张力、、、、传热系数传热系数传热系数传热系数、、、、结晶潜热结晶潜热结晶潜热结晶潜热、、、、粘度等性质粘度等性质粘度等性质粘度等性质成分偏析成分偏析成分偏析成分偏析、、、、固固固固-液界面类型及晶体生长液界面类型及晶体生长液界面类型及晶体生长液界面类型及晶体生长方式方式方式方式–热力学性质及反应物和生成物在液相中的扩散热力学性质及反应物和生成物在液相中的扩散热力学性质及反应物和生成物在液相中的扩散热力学性质及反应物和生成物在液相中的扩散速度速度速度速度铸造合金及焊接熔池的精炼铸造合金及焊接熔池的精炼铸造合金及焊接熔池的精炼铸造合金及焊接熔池的精炼第二节第二节第二节第二节液态金属的结构液态金属的结构液态金属的结构液态金属的结构一一一一、、、、液体与固体液体与固体液体与固体液体与固体、、、、气体结构比较及衍射特征气体结构比较及衍射特征气体结构比较及衍射特征气体结构比较及衍射特征二二二二、、、、由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构三三三三、、、、液态金属结构的理论模型液态金属结构的理论模型液态金属结构的理论模型液态金属结构的理论模型一一一一、、、、液体与固体液体与固体液体与固体液体与固体、、、、气体结构比较气体结构比较气体结构比较气体结构比较–晶体晶体晶体晶体：：：：平移平移平移平移、、、、对称性特征对称性特征对称性特征对称性特征（（（（长程有序长程有序长程有序长程有序））））——原子以一定方式周期排列在三维空间的晶原子以一定方式周期排列在三维空间的晶原子以一定方式周期排列在三维空间的晶原子以一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上格结点上格结点上格结点上，，，，同时原子以某种模式在平衡位置上同时原子以某种模式在平衡位置上同时原子以某种模式在平衡位置上同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动作热振动作热振动作热振动–气体气体气体气体：：：：完全无序为特征完全无序为特征完全无序为特征完全无序为特征——分子不停地作无规律运动分子不停地作无规律运动分子不停地作无规律运动分子不停地作无规律运动–液体液体液体液体：：：：长长长长程程程程无无无无序序序序——不具备平移不具备平移不具备平移不具备平移、、、、对称性对称性对称性对称性；；；；近近近近程程程程有有有有序序序序——相对于完全无序的气体相对于完全无序的气体相对于完全无序的气体相对于完全无序的气体，，，，液体中存在着许液体中存在着许液体中存在着许液体中存在着许多不停多不停多不停多不停“游荡游荡游荡游荡”着的局域有序的原子集团着的局域有序的原子集团着的局域有序的原子集团着的局域有序的原子集团，，，，液体结构表现出局域范围的有序性液体结构表现出局域范围的有序性液体结构表现出局域范围的有序性液体结构表现出局域范围的有序性1200℃℃℃℃1700℃℃℃℃1550℃℃℃℃1400℃℃℃℃二二二二、、、、由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构由物质熔化过程认识液体结构物质熔化物质熔化物质熔化物质熔化时体积变化时体积变化时体积变化时体积变化﹑﹑﹑﹑熵变熵变熵变熵变(及焓变及焓变及焓变及焓变)一般均不大一般均不大一般均不大一般均不大（（（（见下见下见下见下表表表表）））），，，，表明表明表明表明液体的原子间距接近于固体液体的原子间距接近于固体液体的原子间距接近于固体液体的原子间距接近于固体，，，，在熔点附近其混乱在熔点附近其混乱在熔点附近其混乱在熔点附近其混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。。。。金属熔化潜热金属熔化潜热金属熔化潜热金属熔化潜热Hm比其气化潜热比其气化潜热比其气化潜热比其气化潜热Hb小得多小得多小得多小得多（（（（见见见见下下下下表表表表）））），，，，为为为为1/15~1/30，，，，表明表明表明表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。。。。Δ(ΔΔHb/Δ15.432.011032.08650Mg15.623.87651.53321Cd16.027.59071.73420Zn22.481.330703.631536Fe23.472.825753.111083Cu26.781.829