第二章 液态金属
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比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有相 同的数量级。
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表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
17
固体可以是非晶体也可以是晶体， 而液态金属则几乎总是非晶体 。
液态金属在结构上更象固态而不 是气态，原子之间仍然具有很高的 结合能。
3、液态金属的结构特征
l）组成：液态金属是由游动的原子团、空 穴或裂纹构成。
4
二、 液体的表观特征
具有流动性 （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 （类似于气
体，不同于固体）； 不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子
之间的结合力没有固体中强 （类似于气体，不同于固体）； 具有自由表面 （类似于固体，不同于气体）； 液体可压缩性很低 （类似于固体，不同于气体）。
程，它决定着金属材料的微观组织特征。
►►液相成型
8
1.金属中的原子结合
R→∞，F ＝ 0
R ＞ R0 ，F＜0（引力） → 靠拢
R ＜ R0 ，F＞0（斥力） → 分开
R ＝ R0 ，F＝0
→ 平衡
9
以双原子为模型，假设左边的原子在坐 标原点被固定，右边的原子是自由的。 温度升高时，右边自由振动原子的振幅 增大。此时，若该原子以Ro为原点作 简谐振动，则其平衡位置仍是Ro，就 不会发生膨胀。当温度升高，其间距 （振幅中心位置）将由 Ro→R1→R2→R3→R4 。能量从 W0→W1→W2→W3→W4 时，原子间距 离将随温度的升高而增加，即产生热膨 胀。
5
第二节 液态金属的结构
一 、 固体金属的加热、熔化 二 、 液体金属的结构
6
一、 固体金属熔化为液态时的变化
物质的 “三态”转变
7
金属和合金材料的加工制备过程？
配料、 熔化 和 凝固成型 三个阶段。 配料是确定具有某些元素的各金属炉料
的加入百分数； 熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分
的液态金属； 凝固是金属由液态向固态转变的结晶过
（一） 液态合金的粘度及其影响因素 （二） 粘度在材料成形中的意义
23
（一）液态合金的粘度及其影响因素
1. 液体粘度的定义及意义 2. 粘度的影响因素
24
1. 液体粘度的定义及意义
粘度系数---简称粘度(动力学粘度η)，是根据牛顿提出
的数学关系式来定义的：
dVX
dy
液体粘度量纲为[M / LT]，常用单位为
导热和流动性。
►►液相结构？
14
2、液态金属的结构
➢ 直接法 — X射线或中子线分析研究液态金属的原 子排列。 液态金属中原子的排列在几个原子的间距范围内， 与 其固态的排列方式基本一致，但由于原子间距 的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化， 热运动增强。
➢ 间接法 — 通过比较固液态和固气态转变的物理 性质的变化判断。 （1）体积和熵值的变化 （2）熔化潜热和气化潜热
粘P表aτ—度·S述—的或为平物M：行P理a液于·意SX体。方义流向可动作视用的为于速：液度体作梯表用度面于 液d要体V产X表/生d面相y（与同的X剪的-应Zd切面力V）应X大/d的力y小，外τ与液成加体垂正剪内切直比摩应于。擦力该阻，力 平越V通大X面—常，方—条即液向η件体越上下在大的X，，方速所所向度需有的梯外的运加度动液剪的速态切比度应金，例力属系也符越 数大d合。V。X牛/d顿y—定—律表示，沿被Y称方为向的牛速顿度液梯体度。。
1
第一节 引言 第二节 液态金属的结构 第三节 液态合金的性质 第四节 液态金属的充型
2
第一节 引言
一、 液体的分类 二、 液体的表观特征
3
一、 液体的分类
按液体的构成类型，可分为： 原子液体（如液态金属、液化惰性气体） 分子液体（如极性与非极性分子液体），
离子液体（如各种简单的及复杂的熔盐）
这种膨胀只改变原子的间距，并 不改变原子排列的相对位置。
10
2.金属的加热膨胀
升温
➢热运动
热振动加剧，E转化为势能达新的平衡
R1、R2、R3 （＞R0） 平衡距离增加（膨胀）
升温
➢能量起伏
起伏加剧
部分原子越过势垒
形成空穴
空穴移动、增多
膨胀
膨 胀 原 因 ？ 原子间距增大和空穴的产生
11
3.金属的熔化
复排列的物质称为晶体。 单晶体：在晶体中所有原子排列位向相同者 多晶体：金属通常是由位向不同的小单晶
（晶粒）组成，属于多晶体。
13
在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动 频率约为1013 次/s。
液态金属？
液态金属中的原子和固态时一样，均不能自 由运动，围绕着平衡结点位置进行振动，但 振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。 液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、
熔点附近
晶界粘性流动
接近熔点
从晶界开始
晶粒相对滑动
晶粒失去原有形状 晶粒瓦解，体积突然膨胀
继续吸热 （熔化潜热）
温度不变，内能增加
晶粒瓦解，形成此起彼伏 的原子集团，游离原子和
空穴
约3% — 7%
12
二、液态金属的结构
1.液体与固体、气体结构比较
固态
按原子聚集形态分为 晶体与非晶体。
晶体：凡是原子在空间呈规则的周期性重
从这个意义上理解，金属从一种原子排列状态 （晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态 （晶态）的转变均属于结晶过程。 金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶； 金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为
二次结晶。
21
第三节 液态金属的性质
一、液态合金的粘度 二、液态合金的表面张力
22
一、液态合金的粘度
15Байду номын сангаас
热物理性质
体积只膨胀3～5％， 即原子间距平均只增大 1～1.5％
熔化潜热（△Hm）只占气化潜热（ △Hb ）的 3～7 ％
这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结 合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化 熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表明液态 中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。
2）特征：“近程有序”、“远程无序” 原子间能量不均匀性，存在能量起伏。 原子团是时聚时散，存在结构起伏。
同一种元素在不同原子团中的分布量不同， 存在成分起伏
19
1200℃时液态金属原子的状态
1500℃时液态金属原子的状态
20
金属由液态转变为固态的凝结过程，实质上就是 原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程，
Z
o
τ
X
δ
V1
V2
V3
V 4
V5
......
Y
外力作用于液体表面各原子层速度
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表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
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固体可以是非晶体也可以是晶体， 而液态金属则几乎总是非晶体 。
液态金属在结构上更象固态而不 是气态，原子之间仍然具有很高的 结合能。
3、液态金属的结构特征
l）组成：液态金属是由游动的原子团、空 穴或裂纹构成。
4
二、 液体的表观特征
具有流动性 （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 （类似于气
体，不同于固体）； 不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子
之间的结合力没有固体中强 （类似于气体，不同于固体）； 具有自由表面 （类似于固体，不同于气体）； 液体可压缩性很低 （类似于固体，不同于气体）。
程，它决定着金属材料的微观组织特征。
►►液相成型
8
1.金属中的原子结合
R→∞，F ＝ 0
R ＞ R0 ，F＜0（引力） → 靠拢
R ＜ R0 ，F＞0（斥力） → 分开
R ＝ R0 ，F＝0
→ 平衡
9
以双原子为模型，假设左边的原子在坐 标原点被固定，右边的原子是自由的。 温度升高时，右边自由振动原子的振幅 增大。此时，若该原子以Ro为原点作 简谐振动，则其平衡位置仍是Ro，就 不会发生膨胀。当温度升高，其间距 （振幅中心位置）将由 Ro→R1→R2→R3→R4 。能量从 W0→W1→W2→W3→W4 时，原子间距 离将随温度的升高而增加，即产生热膨 胀。
5
第二节 液态金属的结构
一 、 固体金属的加热、熔化 二 、 液体金属的结构
6
一、 固体金属熔化为液态时的变化
物质的 “三态”转变
7
金属和合金材料的加工制备过程？
配料、 熔化 和 凝固成型 三个阶段。 配料是确定具有某些元素的各金属炉料
的加入百分数； 熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分
的液态金属； 凝固是金属由液态向固态转变的结晶过
（一） 液态合金的粘度及其影响因素 （二） 粘度在材料成形中的意义
23
（一）液态合金的粘度及其影响因素
1. 液体粘度的定义及意义 2. 粘度的影响因素
24
1. 液体粘度的定义及意义
粘度系数---简称粘度(动力学粘度η)，是根据牛顿提出
的数学关系式来定义的：
dVX
dy
液体粘度量纲为[M / LT]，常用单位为
导热和流动性。
►►液相结构？
14
2、液态金属的结构
➢ 直接法 — X射线或中子线分析研究液态金属的原 子排列。 液态金属中原子的排列在几个原子的间距范围内， 与 其固态的排列方式基本一致，但由于原子间距 的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化， 热运动增强。
➢ 间接法 — 通过比较固液态和固气态转变的物理 性质的变化判断。 （1）体积和熵值的变化 （2）熔化潜热和气化潜热
粘P表aτ—度·S述—的或为平物M：行P理a液于·意SX体。方义流向可动作视用的为于速：液度体作梯表用度面于 液d要体V产X表/生d面相y（与同的X剪的-应Zd切面力V）应X大/d的力y小，外τ与液成加体垂正剪内切直比摩应于。擦力该阻，力 平越V通大X面—常，方—条即液向η件体越上下在大的X，，方速所所向度需有的梯外的运加度动液剪的速态切比度应金，例力属系也符越 数大d合。V。X牛/d顿y—定—律表示，沿被Y称方为向的牛速顿度液梯体度。。
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第一节 引言 第二节 液态金属的结构 第三节 液态合金的性质 第四节 液态金属的充型
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第一节 引言
一、 液体的分类 二、 液体的表观特征
3
一、 液体的分类
按液体的构成类型，可分为： 原子液体（如液态金属、液化惰性气体） 分子液体（如极性与非极性分子液体），
离子液体（如各种简单的及复杂的熔盐）
这种膨胀只改变原子的间距，并 不改变原子排列的相对位置。
10
2.金属的加热膨胀
升温
➢热运动
热振动加剧，E转化为势能达新的平衡
R1、R2、R3 （＞R0） 平衡距离增加（膨胀）
升温
➢能量起伏
起伏加剧
部分原子越过势垒
形成空穴
空穴移动、增多
膨胀
膨 胀 原 因 ？ 原子间距增大和空穴的产生
11
3.金属的熔化
复排列的物质称为晶体。 单晶体：在晶体中所有原子排列位向相同者 多晶体：金属通常是由位向不同的小单晶
（晶粒）组成，属于多晶体。
13
在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动 频率约为1013 次/s。
液态金属？
液态金属中的原子和固态时一样，均不能自 由运动，围绕着平衡结点位置进行振动，但 振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。 液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、
熔点附近
晶界粘性流动
接近熔点
从晶界开始
晶粒相对滑动
晶粒失去原有形状 晶粒瓦解，体积突然膨胀
继续吸热 （熔化潜热）
温度不变，内能增加
晶粒瓦解，形成此起彼伏 的原子集团，游离原子和
空穴
约3% — 7%
12
二、液态金属的结构
1.液体与固体、气体结构比较
固态
按原子聚集形态分为 晶体与非晶体。
晶体：凡是原子在空间呈规则的周期性重
从这个意义上理解，金属从一种原子排列状态 （晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态 （晶态）的转变均属于结晶过程。 金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶； 金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为
二次结晶。
21
第三节 液态金属的性质
一、液态合金的粘度 二、液态合金的表面张力
22
一、液态合金的粘度
15Байду номын сангаас
热物理性质
体积只膨胀3～5％， 即原子间距平均只增大 1～1.5％
熔化潜热（△Hm）只占气化潜热（ △Hb ）的 3～7 ％
这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结 合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化 熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表明液态 中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。
2）特征：“近程有序”、“远程无序” 原子间能量不均匀性，存在能量起伏。 原子团是时聚时散，存在结构起伏。
同一种元素在不同原子团中的分布量不同， 存在成分起伏
19
1200℃时液态金属原子的状态
1500℃时液态金属原子的状态
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金属由液态转变为固态的凝结过程，实质上就是 原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程，
Z
o
τ
X
δ
V1
V2
V3
V 4
V5
......
Y
外力作用于液体表面各原子层速度