液态成型

液态成形原理

第一章液态金属的结构和性质

1.液态成形：是液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求的

毛坯或零件的工艺技术。

2.晶界粘滞流动：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。(金属的熔化是从晶界开始的)

3.熔化潜热：在熔点温度的金属转变为同温度的液态金属

时，金属要吸收大量的热量(金属由固态变为液态，体积

膨胀约为3~5%)。

4.在熔点和过热度不大时，液态金属的结构是接近固态金属而远离气态金属的。

5.液态金属：是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质及气泡

所组成的“混浊”液体。

6.粘度（粘滞性）：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在

一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动的

性质。

7.粘滞性的本质：原子间结合力的大小。

8.粘度在材料成形过程中的影响。

A．对液态金属净化的影响-粘度↑杂质和气泡上升的速度↓

B．对液态合金流动阻力的影响-粘度↑流动阻力↑

C．对液态过程中液态合金对流的影响-粘度↑对流强度↓

9.表面张力：液态金属表面有一个平行于表面且各向大小相等的张力。

10.影响表面张力的因素：

A．熔点。熔点↑原子间结合力↑表面张力↑

B．温度。温度↑表面张力↓（但对铁碳合金、铜合金，温度↑表面张力↑）C．溶质原子表面活性元素，使表面张力↓非表面活性元素，使表面张力↑11.充型能力mold-filling capacity：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓

清晰的铸件的能力(充型能力是外因（铸型）和内因（流动性）的共同结果) 12.液态金属的流动性：液态金属本身的流动能力。

第二章 液态金属的结晶形核

1. 液态金属的凝固是一个体系自由能降低的自发过程。它的驱动力是由过冷度

提供。

2. 过冷度：ΔT=T m -T （T m ：熔点）

3. 均质生核homogeneous nucleation :依靠液态金属内部自身结构自发地形核过

程。 4. 临界形核半径：当原子集团的半径超过一定值后可以形成核心而不溶解，此半径值即临界形核半径。

5. 液态金属在一定的过冷度下，临界核心有相起伏（和）或结构起伏提供，临

界生核功由能量起伏(和温度起伏)提供。为维持生核功需要一定的过冷度。

6. 形核率：单位时间单位体积生成固相核心的数目。（ΔT ↑，形核率↑但到最

大值之后，ΔT ↑，形核率↓。因为温度↓粘度↑）

7. 非均质生核（异质形核）heterogeneous nucleation :依靠外来夹杂所提供的异质

界面非自发形核的过程。（θ=180°ΔG 异=ΔG 均 ；θ=0°ΔG 异=0）

8. 异质形核的影响因素：

A ． 过冷度：ΔT ↑，形核率↑

B ． 界面：界面数量↑，形核率↑

C ． 液态金属的过热及持续时间：

9. 晶体生长：液体中原子陆续不断地向晶体表面

排列堆砌，晶体不断长大，表现为固液界面向

液相中推进的现象

10. 晶体的长大方式：

宏观上：a.平面生长方式（正温度梯度）b.树枝晶

方式生长。（负温度梯度）

微观上：a.晶体连续或垂直生长（粗糙界面的生长）[生长速度最快] 对于粗糙的固液界面，由于界面有50%的空位可接受原子，故液面中的原子可以单个进入空位与晶体连接，界面沿其发线方向向前推进的生长方式叫做连续生长。绝大多数金属采用这种方式生长。

b. 二维生核生长机制（完整平整界面的生长） 形成二维晶核，侧向长大

c. 从缺陷处生长机制（非完整界面的生长）[1螺旋位错生长2旋转孪晶生长3反射孪晶生长]

T L T 22m ∆=∆=CL V CL G r σσ

均

第三章 液态金属凝固过程中的传热和传质

一次结晶或凝固：合金从液态转变为固态的过程。

层状凝固：动态凝固曲线的水平距离很小或等于零时，这时铸件凝固区很小或根本没有的凝固方式。如果水平距离很宽，凝固范围很大时，称为体积凝固。层状凝固方式的铸件，凝固过程中容易补缩，组织致密，性能好。具有体积凝固方式的铸件，不易补缩，易产生缩孔，夹杂，开裂等缺陷，铸件的性能差。 影响凝固方式的因素：合金的化学成分和铸件断面上的温度梯度。 铸件温度场的研究方法：数学解析法，测温法，数值模拟法

凝固过程中的传质（溶质再分配）重点！！P53—57

第四章 单相合金的凝固

1. 单相合金：在结晶过程中只析出一个固相的合金

2. 溶质再分配：从生核开始直到凝固结束，在整个结晶过程中，固、液两相内部将不断进行着溶质元素重新分布的过程

3. 平衡分配系数k0 ：平衡固相中溶质浓度与平衡液相溶质浓度的比值

4. 凝固过程看懂书P-54~59的图。

5. 层状凝固方式：动态凝固曲线水平距离很短或等于零时，即铸件的凝固区间

很小或根本没有的凝固方式。

6. 体积凝固方式：动态凝固区间水平距离很大，即铸件的凝固区间很大时的凝

固方式。

7. 中间状态凝固方式：介于层状凝固方式和体积凝固方式之间的凝固方式。

8. 影响铸件凝固方式的因素:第一，合金成分

（如纯金属和共晶合金成分为层状凝

固）。第二，铸件断面上的温度梯度。温

度梯度↓凝固区间↑

9. 热过冷：仅由熔体实际温度分布所决定的

过冷状态

10. 成分过冷：由溶质再分配导致界面前方熔

体成分及其凝固温度发生变化而引起的

过冷。

11. 成分过冷产生的条件：

L S C C k