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，