铸件成形原理(液态成形原理)知识点

1.实际金属的液态结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散，此起彼伏游动着的原子
团簇及空穴所组成。

能量起伏、结构起伏、浓度起伏。

原子集团内的有序排列——近程有序；液态金属原子无规律排列——远程无序
2.粘度系数简称粘度，是用来表征液体粘滞性大小的系数，τ=ηdv x
dy
，液体内摩擦阻力大小的表征。

影响因素：原子间结合能U（↑）、原子间距δ（↓）、温度T（↓）、合金组元或微量元素—高熔点合金（高）共晶合金（低）
3.表面张力（σ或ϒ）：物质表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的宏观张力。

物
体倾向于减小其表面积而产生表面张力（单位N/m，1dyn/cm=10−3N/m）。

影响因素：界面（表面）张力与原子间的结合力（↑，润湿角cosθ=σGS−σLS
σGL
）、温度（↓）、元素价电子数目、合金杂质元素
附加压力——当液体表面弯曲时，在表面张力作用下，液面内和液面外存在一个压力差∆p
4.液态金属的充型能力：在充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精
确，轮廓清晰的铸件的能力
影响因素：金属性质（流动性）、铸型性质（蓄热系数b2）、浇注条件（浇注温度、充型压力、浇注系统）、铸件结构。

5.金属的加热膨胀：温度升高，振动能量增加，振动频率和振幅加大；原子间距，原子能
量升高
6.熔化潜热：金属在熔点，由固态变为同温度的液态时，要吸收大量的热量，称为熔化潜
热
7.毛细现象——润湿管壁的液体在细管里升高，而不润湿管壁的液体在细管里降低。

液体
的表面张力导致的附加压力
8.折算厚度（平方根）法（铸件凝固时间）：M
模=K t
凝
或t凝=
M
模
K
，K−凝固系数
9.铸件凝固方式：
(1)逐层凝固：断面温度梯度很大，或窄结晶温度范围的合金，纯金属、共晶成分合金
(2)体积凝固：断面温度场较平坦，或宽结晶范围的合金
(3)中间凝固：断面温度梯度较大，或较窄结晶范围的合金
影响因素：
(1)合金结晶温度范
围
(2)铸件断面上的温
度梯度
10.凝固动态曲线：
11.过冷类型：
(1)动力学过冷ΔT k
(2)曲率过冷ΔT r
(3)压力过冷ΔT p
(4)热过冷ΔT T
(5)成分过冷ΔT c
凝固界面及其前沿的过冷
度ΔT=ΔT k +ΔT r +ΔT p +ΔT T +ΔT c
12. 凝固形核：
(1) 均质形核——形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形
核的过程。

相变驱动力——液-固体积自由能之差（∆G v ）；相变阻碍力——液-固界面能（σSL ）
(2) 非均质形核——依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程
13. 合金溶质平衡分配系数K 0：在恒压及任一特定凝固温度T ∗的条件下，平衡的固相溶质浓度C S ∗与液相溶质浓
K 0= C S ∗L ∗ T ，P 14. Scheil 公式（正常偏析方程）：
C S ∗=K 0C 0 1−f s K 0−1
C L ∗=C 0f L K 0−1
15. 稳定状态溶质再分配：
λ=D L R ——溶质富集层的“特征距离”
ΔC = C 0 1K 0
−1 ——富集层高度 16. 成分过冷形成的判据（在液相只有有限扩散溶质再分配条件下出现成分过冷）：
G L R <−m L C 0 1−K 0 D L K 0
17. 某二元合金相图，金属液成分为C 0=30%，放置于长瓷舟中并从左端开始凝固，温度
梯度大到足以使液固界面保持平面生长，假设固相无扩散，液相均匀混合，试求：
（1） α相、β相分别与液相之间的平衡分配系数；
（2） 凝固后共晶体的质量占试棒的百分之几？已知夏尔方程C s ∗=K 0C 0(1−
f s )(K 0−1)；
（3） 画出凝固后试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及
位置。

解：
（1）K α=20%40%=0.5，K β=
1−70%
1−40% =0.5; （2）用夏尔方程可求得凝固后共
晶体的质量占试棒的百分数f L =916；
（3）如图，。