第一章液態(tài)金屬的性質(zhì)(3)

1、1-3液態(tài)金屬的性質(zhì)液態(tài)金屬的性質(zhì)液態(tài)金屬的性質(zhì)液態(tài)金屬的性質(zhì)粘滯性粘滯性表面張力表面張力內(nèi)在內(nèi)在外表外表充型能力充型能力氣體、夾雜物的排除氣體、夾雜物的排除金屬的補(bǔ)縮金屬的補(bǔ)縮一次結(jié)晶的形態(tài)、偏析的形成一次結(jié)晶的形態(tài)、偏析的形成充型充型氣體、夾雜物的排除氣體、夾雜物的排除形核、結(jié)晶形核、結(jié)晶1.粘滯性粘滯性2.粘滯的本質(zhì)粘滯的本質(zhì)3.粘滯的大小粘滯的大小液體流動(dòng)時(shí)液體流動(dòng)時(shí),若其各層流動(dòng)速度不同若其各層流動(dòng)速度不同,則各層流體間有相互作用。則各層流體間有相互作用。流動(dòng)速度大的一層帶動(dòng)流動(dòng)速度小的一層運(yùn)動(dòng)，速度小的一層則阻流動(dòng)速度大的一層帶動(dòng)流動(dòng)速度小的一層運(yùn)動(dòng)，速度小的一層則阻礙速度大的一層

2、，這種性質(zhì)稱礙速度大的一層，這種性質(zhì)稱“粘滯性粘滯性” 。速度不同的各層之間有。速度不同的各層之間有摩擦力，這種流動(dòng)具有粘滯性。流體的粘滯性又常成為摩擦力，這種流動(dòng)具有粘滯性。流體的粘滯性又常成為內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力。質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力的作用。質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力的作用。v1v2v3v4F (x)vv4v3v2v10宏觀宏觀dydvSxFdydvSxFxx)()( 2mSsPa接觸面積，接觸面積，粘滯系數(shù)，粘滯系數(shù)， 一、液態(tài)金屬的粘滯性一、液態(tài)金屬的粘滯性均距離均距離相鄰原子平衡位置的平相鄰原子平衡位置的平原子離位的激活能；原子離位的激活能；熱力學(xué)溫度；熱力學(xué)溫度；波爾茲曼常數(shù)；波爾茲曼常數(shù)；振動(dòng)時(shí)間；振動(dòng)時(shí)

3、間； UTkekTkTU0302微觀微觀粘滯的大小粘滯的大小4.影響粘度的因素影響粘度的因素溫度：溫度：溫度不高，指數(shù)影響大溫度不高，指數(shù)影響大T，溫，溫度高，乘數(shù)相影響大，度高，乘數(shù)相影響大， T ， 化學(xué)成分：化學(xué)成分：難熔化合物粘度高，熔點(diǎn)難熔化合物粘度高，熔點(diǎn)低的共晶成分化合物其粘度低低的共晶成分化合物其粘度低非金屬夾雜物：非金屬夾雜物：固態(tài)非金屬夾雜使液態(tài)固態(tài)非金屬夾雜使液態(tài)合金粘度增加合金粘度增加5.粘度在材料粘度在材料成形中的意義成形中的意義對(duì)液態(tài)金屬流態(tài)的影響對(duì)液態(tài)金屬流態(tài)的影響對(duì)液態(tài)金屬對(duì)流的影響對(duì)液態(tài)金屬對(duì)流的影響對(duì)液態(tài)金屬凈化的影響對(duì)液態(tài)金屬凈化的影響，強(qiáng)制性對(duì)流，強(qiáng)制性

4、對(duì)流，自然對(duì)流，遠(yuǎn)大于，自然對(duì)流，遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于11/2223223erCCTTRGcLgGTLgG 動(dòng)動(dòng)力力粘粘度度密密度度；速速度度；管管道道直直徑徑； vDDvRe2 . 02 . 02)(092. 0092. 0230032322300 DvRfRDvRfReeee 紊紊層層 grvFFrvFRgrgVFe）（）（）（雜雜液液阻阻浮浮阻阻雜雜液液雜雜液液浮浮 23926,134二、表面張力二、表面張力1.基本定義基本定義表面：表面：液體或固體同空氣或真空接觸的面液體或固體同空氣或真空接觸的面表面現(xiàn)象：表面現(xiàn)象：兩相接觸面出現(xiàn)的表觀現(xiàn)象兩相接觸面出現(xiàn)的表觀現(xiàn)象ab2.接觸角：接觸角：

5、到達(dá)平衡時(shí)，在氣、液、固三相交界處，氣到達(dá)平衡時(shí)，在氣、液、固三相交界處，氣-液界面和液界面和固固-液界面之間的夾角（液界面之間的夾角（contact angle)，用，用表示表示 l- gl- sS-gl- sS-gl- g909090903.3.表面張力的實(shí)質(zhì)表面張力的實(shí)質(zhì)SFFSW mNmmNmJ 22 表面自由能：表面自由能：產(chǎn)生新的單位面積表面時(shí)系統(tǒng)自由能的增量。產(chǎn)生新的單位面積表面時(shí)系統(tǒng)自由能的增量。表面層分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子有多余的自由能。表面層分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子有多余的自由能。界面張力：界面張力：是廣義的表面張力是廣義的表面張力32)(4RZe 表面張力：表面張力：表

6、面層質(zhì)點(diǎn)處于不平衡的力場中。結(jié)果表面表面層質(zhì)點(diǎn)處于不平衡的力場中。結(jié)果表面存在一個(gè)平行于表面且各向大小相等的張力。垂直作用存在一個(gè)平行于表面且各向大小相等的張力。垂直作用于單位長度上的收縮力。于單位長度上的收縮力。a.表面張力的表面張力的大小大小宏觀宏觀微觀微觀溫度：溫度：一般一般T，但，但鑄鐵、碳鋼、銅相反鑄鐵、碳鋼、銅相反熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：熔點(diǎn)高，表面張力大，熔點(diǎn)高，表面張力大，Mg，Zn不遵守不遵守溶質(zhì)：溶質(zhì)：正吸附正吸附負(fù)吸附負(fù)吸附表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)表面非活性物質(zhì)表面非活性物質(zhì)負(fù)吸附負(fù)吸附正吸附正吸附 00dcddcddcdRTc 溶質(zhì)表面濃度大于內(nèi)部濃度溶質(zhì)表面濃度大于內(nèi)部濃度溶質(zhì)表

7、面濃度小于內(nèi)部濃度溶質(zhì)表面濃度小于內(nèi)部濃度b.b.影響表面張力影響表面張力的因素的因素使表面張力降低的溶質(zhì)使表面張力降低的溶質(zhì)使表面張力升高的溶質(zhì)使表面張力升高的溶質(zhì)（1 1）在平面上）在平面上剖面圖剖面圖液面正面圖液面正面圖 研究以研究以ABAB為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)的兩邊都存在表面界，由于環(huán)上每點(diǎn)的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。有附加壓力。 設(shè)向下的大氣壓力為設(shè)向下的大氣壓力為P Po o，向上的反，向上的反作用力也為作用力也為P Po o ，附加壓力，附加壓力P Ps s等于零。等于零。Ps =

8、 Po - Po =04.表面張力引起的附加壓力表面張力引起的附加壓力（2 2）在凸面上：）在凸面上：附加壓力示意圖附加壓力示意圖 研究以研究以ABAB為弦長的一個(gè)球面上的為弦長的一個(gè)球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與液面相切，大小相等，但面張力都與液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向向下下的合力。的合力。 所有點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為所有點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps Ps ，稱為，稱為附加壓力。凸面上受的總壓力為：附加壓力。凸面上受的總壓力為：Po+ Po+ Ps Ps 。PoPo為大氣壓力，為大氣壓力， PsP

9、s為附加壓力為附加壓力剖面圖剖面圖（3 3）在凹面上：在凹面上：剖剖面面圖圖附加壓力示意圖附加壓力示意圖研究以研究以ABAB為弦長的一個(gè)球形凹面為弦長的一個(gè)球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)向上向上的合力。的合力。所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為P Ps s ，稱為附加壓力。凹面上向下的總壓稱為附加壓力。凹面上向下的總壓力為：力為：P Po o- -P Ps s ，所以凹面上所受的，所以凹面上所受的壓力

10、比平面上小。壓力比平面上小。drrdVrVrdrdSrS23243484 dSpdV 18051805年年Young-LaplaceYoung-Laplace導(dǎo)出了附導(dǎo)出了附加壓力與曲率半徑之間的關(guān)系式：加壓力與曲率半徑之間的關(guān)系式：特殊式（對(duì)特殊式（對(duì)球面）球面）rP 2 根據(jù)數(shù)學(xué)上規(guī)定根據(jù)數(shù)學(xué)上規(guī)定，凸面的曲率半徑取正值凸面的曲率半徑取正值，凹凹面的曲率半徑取負(fù)值。面的曲率半徑取負(fù)值。所以，凸面的附加壓力指向所以，凸面的附加壓力指向液體，凹面的附加壓力指向氣體，液體，凹面的附加壓力指向氣體，即附加壓力總是即附加壓力總是指向球面的球心。指向球面的球心。一般式一般式)11(21rrP 5.5.表面張力對(duì)在材料成形中的意義表面張力對(duì)在材料成形中的意義RRrPo)cos(2)180/cos(22 hpRr180ghP gRhghR )cos(2)cos(2 靜壓頭：