金属凝固原理
金属凝固原理
2 研究对象：
研究液态金属或合金转变为固态金属或合金这一凝固过程 的理论和技术，定性地特别是定量地揭示其内在联系和规 律，发现新现象，探求未知参数，开拓新的凝固技术和工 艺。 凝固学是材料成形技术的基础，也是近代新型材料开拓和 制备的基础。
第一节 单向凝固工艺 第二节 单晶生长 第三节 柱状晶的生长 第四节 自生复合材料
第八章 快速凝固
第一节 快速凝固技术及其传热特点 第二节 快速凝固的热力学 第三节 快速凝固的动力学及界面形貌稳定性 第四节 快速凝固晶态合金的显微结构特征与 应用 第五节 快速凝固的非晶态合金
绪论
研究对象
1 凝固：
两个原子的相互作用势能 W(R) 的曲线如图 1-1b 所示。可 用下式计算相互作用力，当 R 增加 dR 时，力 F 就靠势能 W(R)减小作外功FdR。因此得到： 或 当R=R0 时，F(R0)=0，即 对应于能量的极小值，状态稳定。原子之间倾向于保持一 定的间距，这就是在一定条件下，金属中的原子具有一定 排列的原因。当R=R1时，吸引力最大，即
第二章 凝固热力学
第一节 液态金属结构 第二节 二元合金的稳定相平衡 第三节 溶质平衡分配系数 第四节 液－固相界面成分及界面溶质
分配系数
第三章 凝固动力学
第一节 自发形核 第二节 非自发形核 第三节 固－液相界面结构 第四节 晶体生长方式
第四章 单相合金的凝固
第一节 凝固过程的溶质再分配 第二节 金属凝固过程中的“成分过冷” 第三节 界面稳定性与晶体形态 第四节 胞晶组织与树枝晶 第五节 微观偏析 第六节 固－液界面非线性动力学理论
表1-1 一些金属的熔化潜热和汽化潜热的比较
铸造金属凝固原理介绍课件
凝固缺陷
01 缩孔：金属凝固过程中，由 于体积收缩，导致内部出现 孔洞
02 疏松：金属凝固过程中，由 于气体析出，导致内部出现 疏松多孔的结构
03 偏析：金属凝固过程中，由 于成分不均匀，导致内部出 现成分分布不均匀的现象
04 裂纹：金属凝固过程中，由 于应力过大，导致内部出现 裂纹
铸造方法
01
砂型铸造：利用砂型制作铸 件，成本低，生产效率高
03
压力铸造：利用高压将熔融 金属压入模具，生产效率高， 适用于薄壁铸件
05
连续铸造：利用连续铸造机 将熔融金属连续铸造成铸件， 适用于大批量生产
02
熔模铸造：利用蜡模制作铸 件，精度高，适用于复杂铸 件
04
离心铸造：利用离心力将熔 融金属甩入模具，适用于管 状铸件
05
凝固原理在铸造工艺优 化中的实例分析
02
凝固原理对铸造工艺 的影响
04
凝固原理在铸造工艺优 化中的具体应用方法
06
凝固原理在铸造工艺优 化中的发展趋势
质量控制
01
凝固原理在铸造过 程中的应用
02
凝固原理在金属材料 质量控制中的作用
03
凝固原理在铸造缺 陷检测中的应用
04
凝固原理在铸造工 艺优化中的作用
新材料研究
01
纳米材料：具有高强度、高韧性、耐腐蚀等优良性能
02
复合材料：结合多种材料的优点，提高性能和降低成本
03
生物材料：利用生物技术制备新型材料，如生物陶瓷、生物高分子等
04
智能材料：具有感知、响应和自适应功能的材料，如形状记忆合金、压电材料等
绿色铸造技术
绿色铸造技术是指在铸造过程中减少环境污染、降低 能耗、提高材料利用率的技术。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从液态到固态的过程，这一过程是金属加工和制造中至关重要的一环。
了解金属凝固原理对于提高金属制品的质量和性能具有重要意义。
首先，我们需要了解金属凝固的基本原理。
金属凝固是由于金属在液态和固态之间的相变所引起的。
当金属被加热至其熔点以上时，金属开始融化成液态，而当温度降低到熔点以下时，金属则开始凝固成固态。
在这一过程中，金属的分子结构和排列发生了改变，从而产生了不同的性质和特征。
其次，金属凝固的过程受到许多因素的影响。
首先是金属的成分，不同种类的金属具有不同的凝固特性，例如铝、铁、铜等金属的凝固温度和凝固速度都有所不同。
其次是金属的冷却速度，冷却速度快则会形成细小的晶粒，冷却速度慢则会形成大块的晶粒。
此外，金属的形状和结构也会对凝固过程产生影响，例如浇铸、锻造、挤压等不同的加工方式会导致不同的凝固结构。
最后，了解金属凝固的原理对于金属加工和制造具有重要意义。
通过控制金属的凝固过程，可以获得理想的金属结构和性能，从而提高金属制品的质量和性能。
例如，通过控制金属的冷却速度和形状，可以获得细小、均匀的晶粒结构，从而提高金属的强度和硬度。
此外，还可以通过添加合金元素和调整工艺参数，来改善金属的凝固特性，从而获得更优异的金属制品。
总之，金属凝固原理是金属加工和制造中至关重要的一环。
了解金属凝固的基本原理和影响因素，可以帮助我们更好地控制金属的凝固过程，从而提高金属制品的质量和性能。
希望本文能够为大家对金属凝固原理有所了解，同时也能够在实际生产中加以应用。
金属凝固原理复习大纲
金属凝固原理复习大纲绪论1、凝固定义宏观上：物质从液态转变成固态的过程.微观上：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
2、液态金属凝固的实质:原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程液态金属的结构特征:“近程有序”、“远程无序”组成:液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成3、液态金属的性质：粘度和表面张力粘度的物理意义：单位接触面积，单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力粘度的本质上是原子间的结合力影响液体金属粘度的主要因素是：化学成分、温度和夹杂物表面张力的物理意义：作用于表面单位长度上与表面相切的力,单位N/m影响液体金属表面张力的主要因素是:熔点、温度和溶质元素。
取决于质点间的作用力4、液体结构的特性：近程有序和远程无序晶体：凡是原子在空间呈规则的周期性重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称为单晶体多晶体：大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。
吸附是液体或气体中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。
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当向溶液中加入某种溶质后,使溶液表面自由能降低，并且表面层溶质的浓度大于溶液内部深度，则称该溶质为表面活性物质（或表面活性剂），这样的吸附称为正吸附.反之，如果加入溶质后，使溶液的表面自由能升高,并且表面层的溶质浓度小于液体内部的浓度，则称该溶质为非表面活性物质（或非表面活性剂），这样的吸附为负吸附第一章凝固过程的传热1、凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”“一热”指热量的传输是第一重要；“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。
“三传”指动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。
2、金属型特点：具有很高的导热性能；非金属型铸造特点：与金属相比具有非常小热导率，故凝固速度主要取决于铸型的传热性能。
铸型外表面温度变化不大,故可把铸型看成是半无限厚的。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从液态状态转变为固态状态的过程。
在金属凝固过程中，原子或离子以一定的方式排列组合，形成具有一定结构和性能的固态金属晶体。
而金属凝固原理则是指影响金属凝固过程的各种因素和规律。
了解金属凝固原理对于控制金属凝固过程、改善金属凝固组织和性能具有重要意义。
首先，金属凝固的原理主要包括凝固过程中的晶核形成和晶体生长。
在金属液体冷却过程中，当温度下降到一定程度时，金属液体中会出现微小的固态核，这些核心在金属液体中逐渐增多并长大，最终形成完整的晶体结构。
晶核形成和晶体生长是金属凝固的基本原理，也是金属凝固组织形成的基础。
其次，金属凝固的速度对凝固组织和性能有着重要影响。
一般来说，凝固速度越快，晶体的生长速度就越快，晶粒就越细小，晶界就越多，从而提高了金属的强度和韧性。
而凝固速度越慢，晶体生长速度就越慢，晶粒就越大，晶界就越少，金属的强度和韧性就会降低。
因此，控制金属凝固速度是影响金属凝固组织和性能的重要因素之一。
另外，金属凝固还受到金属成分、凝固条件、晶核形态等多种因素的影响。
金属成分的不同会导致晶体结构和性能的差异，凝固条件的改变也会影响金属凝固组织和性能的形成，而晶核形态的不同也会对晶体生长和晶粒形貌产生影响。
因此，在实际生产中，需要根据不同金属的特性和要求，合理控制金属凝固过程中的各种因素，以获得理想的凝固组织和性能。
总的来说，金属凝固原理是一个复杂而又重要的领域，它涉及到金属物理、金属化学、热力学等多个学科的知识。
只有深入理解金属凝固原理，才能更好地控制金属凝固过程，改善金属凝固组织和性能，提高金属制品的质量和性能。
因此，对于金属凝固原理的研究和应用具有重要的理论和实践意义，也是金属材料领域的一个热点和难点问题。
希望通过对金属凝固原理的深入研究，能够为金属材料的发展和应用提供更多的理论支持和技术保障。
金属凝固原理习题与答案
金属凝固原理习题与答案金属凝固原理习题与答案金属凝固是材料科学中的重要研究领域，也是金属加工和制备过程中不可或缺的一环。
在金属凝固过程中，涉及到许多基本原理和概念。
本文将通过一些习题来探讨金属凝固的原理，并给出相应的答案。
习题一：什么是金属凝固？答案：金属凝固是指金属在高温下由液态转变为固态的过程。
当金属被加热到其熔点以上时，金属原子开始逐渐失去自由度，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。
习题二：金属凝固的主要原理是什么？答案：金属凝固的主要原理是原子的有序排列。
在液态金属中，原子无序排列，而在固态金属中，原子有序排列成晶体结构。
这是因为在液态金属中，原子具有较高的热运动能量，可以自由移动，而在固态金属中，原子受到周围原子的束缚，只能在晶格中振动。
习题三：金属凝固的过程中有哪些因素会影响晶体的形成？答案：金属凝固的过程中，晶体的形成受到许多因素的影响，包括温度、凝固速率、合金成分等。
温度对晶体的形成有重要影响，较高的温度会使晶体生长得更快，而较低的温度会使晶体生长得更慢。
凝固速率也是影响晶体形成的重要因素，快速凝固会导致细小的晶体形成，而慢速凝固则有利于大晶体的生长。
合金成分对晶体形成也有重要影响，不同的合金成分会导致不同的晶体结构和形态。
习题四：金属凝固过程中，晶体的生长方式有哪些？答案：金属凝固过程中，晶体的生长方式主要有三种：平面生长、柱状生长和体内生长。
平面生长是指晶体在平面上逐渐生长，形成平坦的晶界；柱状生长是指晶体在某个方向上生长，形成柱状晶界；体内生长是指晶体在整个体积内均匀生长，没有明显的晶界。
不同的金属和凝固条件下，晶体的生长方式可能不同。
习题五：金属凝固过程中，晶体的缺陷有哪些？答案：金属凝固过程中，晶体的缺陷主要有晶格缺陷和晶界缺陷。
晶格缺陷是指晶体内部原子的位置偏离理想位置，包括点缺陷（如空位、间隙原子等）和线缺陷（如位错等）。
晶界缺陷是指晶体之间的界面上存在的缺陷，包括晶界错配、晶界位错等。
金属凝固原理范文
金属凝固原理范文金属凝固原理是指金属在从液态到固态转化的过程中所涉及的物理和化学现象。
金属凝固是一个复杂的过程，涉及到热力学、动力学和结构变化等方面的原理。
本文将分析金属凝固原理的基础知识，包括热力学、结构和晶体生长等方面的内容。
在金属凝固的过程中，热力学是至关重要的因素之一、根据热力学原理，金属凝固时会释放出热量，这是因为金属离子在凝固的同时释放出能量。
这种能量释放可以通过热力学公式来计算，其中包括凝固焓和凝固熵等参数。
液态金属在凝固过程中会出现结构变化，最常见的是由无序结构转变为有序的晶体结构。
晶体结构特征是金属凝固过程中的一个重要因素。
晶体结构的类型取决于金属原子的尺寸、电子构型和化学键的性质等因素。
例如，铜的晶体结构是面心立方结构，而铁的晶体结构是体心立方结构。
晶体生长是金属凝固过程中的另一个重要因素。
晶体生长是指在凝固过程中液态金属原子逐渐形成有序的晶体结构。
晶体生长可以分为两个阶段：核形成和晶格生长。
在核形成阶段，金属原子将逐渐聚集在一起，形成原子团簇。
当这些团簇达到一定大小时，它们就可以进一步生长，形成完整的晶体结构。
晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、压力和金属的化学成分等。
一般来说，晶体生长速度随着温度的升高而增加，因为高温有助于原子的扩散和聚集。
此外，压力对晶体生长速度也有影响，高压环境可以抑制晶体生长，而低压环境则有助于晶体生长。
除了热力学、晶体结构和晶体生长等方面的因素外，金属凝固还涉及到动力学过程。
动力学是指凝固过程中有关反应速率和能量转移的研究。
在金属凝固中，动力学过程包括原子之间的碰撞、扩散和团簇的生长等。
总之，金属凝固原理涉及到多个方面的知识，包括热力学、结构和晶体生长等。
了解这些原理可以帮助我们更好地理解金属凝固的过程，并为相关工业和科学研究提供指导。
金属凝固原理
金属凝固原理
金属凝固原理是物理学中最重要的概念之一，它是指当温度降低到一定程度时，金属内部从液态直接过渡到固态的过程。
这种过程叫做凝固或结晶。
在该过程中，金属内部具有一种特殊的结构，即“金属晶格”。
金属晶格是一种稳定的结构，由许多小空间和原子构成，并且可以承受很大的力。
金属凝固原理是一个相对复杂的概念，涉及到物理学、化学、材料学等多个领域。
它的基本原理是，温度降低时，金属内部产生秩序，原子开始排列形成一种晶格结构，从而使金属变成固态。
金属凝固原理是金属加工工艺中最重要的一环，同时也是材料性能分析的基础。
因此，金属凝固原理的研究和应用对于金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
首先，金属凝固原理的研究依赖于量子力学理论，也就是研究金属晶格中原子的行为。
在量子力学理论的基础上，工程师可以利用计算机模拟金属的凝固过程，进一步探究金属凝固原理。
其次，金属凝固原理的研究也受益于材料科学技术的发展。
如X射线衍射仪（XRD）可以检测金属内部晶格结构的信息，从而更好地理解金属凝固原理。
此外，金属凝固原理的研究也受益于材料工程学的发展。
例如，在实验室中，可以通过不同的温度调节和材料组成，模拟金属凝固过程，以更深入地理解金属凝固原理。
金属凝固原理是物理学、化学、材料学等多个领域的重要内容，其研究对金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
因此，金属凝固原理的研究将会在未来发挥重要作用。
金属凝固原理与缺陷组织分析综合实验结论
金属凝固原理与缺陷组织分析综合实验结论一、实验目的本实验的主要目的是通过实验研究金属凝固的原理以及金属的缺陷组织分析方法，掌握金属凝固过程中的物理与化学变化，了解金属的晶体结构和缺陷组织对金属性能的影响。
二、实验原理与方法1.金属凝固原理金属凝固是指金属从液态到固态的过程，在凝固过程中，金属的晶粒逐渐形成并长大，晶界和晶内缺陷形成，最终形成一定的晶体结构。
金属的凝固过程可以分为三个阶段：过冷液相、行为变质和化学固溶。
2.缺陷组织分析方法缺陷组织是指金属凝固过程中产生的各种缺陷，如晶界、孔洞、夹杂、析出等。
缺陷组织分析是通过显微镜观察金属材料的组织结构，分析其中的缺陷类型、分布和数量等。
三、实验步骤与结果1.准备实验材料和设备，包括金属试样和金属显微镜。
2.将金属试样加热至液态，然后缓慢冷却。
3.用金属显微镜观察金属试样的组织结构，并记录观察结果。
4.分析金属试样的组织结构中的缺陷类型、分布和数量。
5.根据观察结果和分析结果，得出金属凝固原理与缺陷组织的综合结论。
四、实验结论通过对金属凝固原理与缺陷组织分析的综合实验，得出以下结论：1.金属凝固的过程中，晶粒从母液中逐渐形成，并随着时间的推移逐渐长大，最终形成一定的晶体结构。
2.金属的晶体结构由晶界和晶内组成，晶界是相邻晶粒之间的界面，晶内是晶粒内部的结构。
3.在金属凝固过程中会产生各种缺陷组织，如晶界、孔洞、夹杂、析出等。
这些缺陷会对金属的性能产生不同程度的影响。
4.金属的缺陷组织可以通过显微镜观察和分析来进行定性和定量的研究，可以了解金属的凝固过程和性能变化。
5.金属凝固原理与缺陷组织分析对于金属材料的制备和性能改进具有重要意义，能够指导金属材料的合理设计与应用。
综上所述，金属凝固原理与缺陷组织分析是对金属材料进行研究与分析的重要方法，通过对金属的凝固过程和缺陷组织的观察与分析，可以得出金属材料的组织结构和性能特点，为金属材料的应用提供科学依据。
金属凝固原理
金属凝固原理
金属凝固原理是指金属从液态到固态的过程。
在金属熔化后，通过降低温度或进行其他处理，金属开始逐渐凝固。
凝固过程中，金属内部的原子或分子逐渐重新排列并结晶，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。
金属凝固原理基于凝固行为的研究，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
首先，金属在熔化过程中，吸收热量使得金属内部的原子或分子运动加速，失去了原子之间的排列有序性，形成了液态金属。
当温度进一步降低时，金属开始进入凝固阶段。
在凝固的早期，金属内部出现一些微小的核心，这些核心是由一部分原子或分子聚集形成的。
这些核心吸引周围的原子或分子，从而导致晶体生长。
晶体生长过程中，较小的核心会扩大并联系在一起，形成更大的晶体。
在金属凝固过程中，晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、凝固速率、金属成分等。
高温下，原子或分子的运动速度较快，晶体生长速度较快；而低温下，晶体生长速度较慢。
凝固速率越快，金属内部的原子或分子越来越无序，晶体结构越复杂。
凝固过程中，金属的凝固形式也有多种，常见的有均匀凝固和偏析凝固。
均匀凝固指金属内部晶体结构均匀、成分均匀分布的凝固方式，一般适用于成分均匀的金属。
而偏析凝固则是指金属内部存在组分不均匀的现象，即某些金属元素或杂质在凝
固过程中会向其中心或表面区域富集。
综上所述，金属凝固原理是由金属熔化到固态的过程，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
通过研究金属凝固原理，我们可以更好地理解金属的结构与性能，并可以针对不同的凝固条件来控制金属的制备过程。
金属凝固原理胡汉起pdf
金属凝固原理胡汉起
金属凝固原理是指金属在凝固过程中所发生的物理和
化学现象，包括金属的晶格结构、晶界运动、析晶等方面。
金属凝固原理的研究有助于更好地理解金属材料的性能，并为金属材料的制造、加工和应用提供理论支持。
金属凝固原理的应用主要有以下几方面：
●金属凝固原理可以用来解释金属材料的晶体结构、力
学性能和热学性能等方面的变化。
●金属凝固原理可以用来指导金属材料的制造，例如冶
炼、锻造、压延等工艺。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
析晶行为。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
缺陷产生和扩展的机理。
胡汉起（Hans Q. Hu）是著名的金属凝固原理研究学者，他主要研究金属的凝固机制、晶格动力学和晶界微观结构等方面。
胡汉起提出了金属凝固过程中“拉伸-压缩”析晶机制的理论，解释了金属晶体凝固过程中晶界运动的机理。
他还发展了金属凝固原理的多尺度模型，提出了金属析晶过程中晶界微观结构的建模方法。
胡汉起在金属凝固原理研究方面取得了很多成就，其中包括：
对金属晶格动力学的研究：胡汉起提出了金属晶格动力学的基本概念，并给出了金属晶格动力学的模型。
对金属晶界微观结构的研究：胡汉起提出了金属晶界微观结构的模型，并给出了金属晶界微观结构的建模方法。
对金属析晶过程的研究：胡汉起提出了金属析晶过程中晶界运动的机理，并给出了金属析晶过程的多尺度模型。
金属凝固原理第3章形核
基本热力学条件 §3-2 均质形核 §3-3 异质形核
凝固是物质由液相转变为固相的过程，是液态成形技术
的核心问题，也是材料研究和新材料开发领域共同关注 的问题。 严格地说，凝固包括： （1）由液体向晶态固体转变（结晶） （2）由液体向非晶态固体转变（玻璃化转变）
常用工业合金或金属的凝固过程一般只涉及前者，本 章主要讨论结晶过程的形核及晶体生长热力学与动力学。
液相稳定，不能结晶。当 T ＜ Tm 时，有：
ΔGV = Gs － GL＜ 0 固相稳定，才能结晶。
即：固-液体积自由能之差为相变驱动力
进一步推导可得：
GV H m T Tm
(式中：ΔHm—固液焓变,结晶潜热L = ΔHm ）
Tm及ΔHm对一特定金属或合金为定值，所以过冷 度ΔT是影响相变驱动力的决定因素。过冷度ΔT 越
（负）和阻碍相变的液-固
界面能（正）：
G V GV VS
A SL
0
G
4 r3
3
GV VS
4r 2 SL
● r＜ r*时，r↑→ΔG↑
● r = r*处时，ΔG达到最大 值ΔG*
● r ＞r*时，r↑→ΔG↓
图3.4 液相中形成球形晶胚时自由能变化
•
令：G
/
r
|
r
r
*
0
得临界晶核半径 r*：
2
形核功为：G
16
3
3 SL
VS Tm H m T
2
所以：
G
1 3
A SL
即：临界形核功ΔG*的大小为临界晶核表面能 0
的三分之一， 它是均质形核所必须克服的能量障
碍。形核功其中一部分由熔体中的“能量起伏”
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从熔化状态向固态转变的过程。
金属凝固是金属加工和制造中的关键工艺之一，对于金属材料的性能和结构具有重要影响。
金属凝固有两种基本模式，分别是平衡凝固和非平衡凝固。
平衡凝固是在金属熔体达到热力学平衡条件下进行的凝固过程。
在平衡凝固过程中，金属熔体的凝固速度较慢，使得晶体有足够的时间进行有序排列，形成结晶的晶格结构。
这种凝固方式下得到的晶体结构一般是均匀、致密的。
而非平衡凝固则是在金属熔体未达到热力学平衡条件下进行的凝固过程，通常是由于快速冷却或其他条件的限制。
非平衡凝固下得到的金属结构通常不具备完整的晶格结构，其中可能包含一些缺陷，如晶界、孪生晶和扩散限制。
金属凝固的主要原理包括热力学原理和动力学原理。
热力学原理研究的是金属凝固的平衡过程和热力学参数，如凝固温度、凝固速度等。
相变热是研究金属凝固的重要参数之一，它是单位质量金属从液态到固态过程中释放或吸收的热量。
相变热的大小直接影响到金属凝固过程的温度和能量交换。
动力学原理研究的是金属凝固的凝固速率和晶体生长行为。
凝固速率与温度梯度成正比，与金属的热导率和定向凝固度有关。
晶体生长通常是以晶核为起点，通过界面扩散分子在凝固过程中不断形成新的晶核，最终形成完整的晶体结构。
在金属凝固中，晶体生长过程是一个重要环节。
晶体生长可以分为表面扩散和体内扩散两种方式。
表面扩散是指晶体表面上的原子或离子通过空间的跳跃来进行扩散，而体内扩散则是指晶体内部的原子或离子通过晶面间的空隙进行扩散。
晶体生长的速度与扩散速率和扩散路径有关，因此扩散是影响金属凝固过程的重要因素之一温度梯度和凝固界面形貌也是金属凝固的关键因素。
温度梯度会导致凝固界面的变形和变动，从而影响到晶体生长和凝固速率。
凝固界面的形貌也对凝固过程有重要影响。
对于非平衡凝固，凝固界面通常是不规则的，形成了一些晶界、孪生晶和其他缺陷。
这些缺陷会影响金属的性能和结构。
除了热力学和动力学原理外，还有其他一些因素也会影响金属凝固的过程。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是一项重要的物理现象，它在很多领域有着重要的应用意义。
凝固过程就是当温度下降到金属的凝固点时，金属从一种液体形态变为固态。
借助对金属凝固原理的理解，我们可以更好地解释金属在这一过程中发生的各种变化。
金属凝固过程是指金属原子内部原子排列结构变化，金属固态相比液态有更高的结构性能，这就是为什么当金属温度低于凝固点时，它就从液态直接变为固态的原因。
同时，密度也会随着温度的逐渐降低而增大。
金属的凝固是一个动态的过程，由于金属原子内部排列结构的改变，其凝固扩散过程会随着温度的降低而增强，金属原子重新排列并形成固态结构。
这种凝固模式可以分为三个主要阶段：空隙间隙态、储存态和融合态。
空隙间隙态是指在凝固温度低于液态点的情况下，金属原子重新排列并形成空隙间隙结构，使得表面空隙率有所增加。
在此状态下，由于表面的空隙率增加，金属原子内部的原子间距也变大，这就有利于金属原子聚集到一起，形成可以更容易冻结的固态结构。
储存态指的是在凝固温度维持在液体状态之上，金属原子逐渐重新排列，形成新的固态结构，但它们仍处于可储存的状态。
可以将这一情况比作一张暂时储存数据，但是还没有执行操作的硬盘，此时金属结构仍处于虚态，不可能正常运转，但也不会因温度的下降而发生任何变化。
融合态就是金属原子重新排列，它们互相融合，形成一个更稳定的固态结构。
在这个阶段，金属原子重新排列，变得更加紧密，并且金属的形状也稳定了下来。
随着温度的持续降低，金属的形状将得到完全的稳定，这是最终的固态结构。
由此可见，金属的凝固是一个动态而复杂的过程，经历着三个主要阶段：空隙间隙态、储存态和融合态，这两个阶段都有其特定的特点和特性，并且影响金属的结构性能。
此外，金属的凝固过程不仅受温度的影响，还受金属的熔点、熔点和晶体结构等因素的影响。
综上所述，金属凝固是一个复杂而动态的过程，它不仅受温度影响，而且还受金属的结构性质等因素的影响。
凝固过程中，金属原子从液态状态逐渐变为固态，形成一些新的结构形态，有助于金属的力学性能。
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压力对偏析的影响
压力使合金液凝固过程十分迅速，合金液的元素来不及分解，扩散，偏析现 象大为减少，尤其是比重偏析。 压力对气体析出的影响 压力可以增加气体在合金溶液中的溶解度，并可阻止合金液气体析出，防止 液锻件产生气孔、针孔等。
常见液锻件
各国生产的液锻件
使用材料 零件材料
铝合金
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铝合金活塞、汽车轮毅、动力转向部件、 ABS零件、制动器主缸、发动机支架、油泵铝壳体、空调压缩机缸体、 高厌锅等 飞机起落架、镁合金轮毅、镁合金轴筒、发 动机外壳等 增氧机锌合金蜗轮、锌合金齿轮等 青铜蜗轮、柱塞轴流青铜泵体、青铜法兰盘、 铜合金套筒、紫铜吹氧喷头、黄铜阀体、黄铜三通阀等 碳钢平法兰、碳钢压环、导弹合金钢前舱盖、 凿岩机合金钢缸体、 高速钢辊环、迫击炮球铁弹体、球铁齿轮、 铸铁阀盖等
液态模锻主要参数与影响
模具预热温度将会对铸件的质量和模具的寿命产生影响。模具温度过低，合金 液热量散失快，容易造成充不满、冷隔等铸造缺陷，此外，高温合金液容易使模具 产生较大热应 力，造成模具疲劳损坏。模具温度高，模具容易产生变形损坏。由于 液态模锻充型时有较大的压力，模具温度可以适当的取低一些。 浇注温度过低，熔体在尚未充满型腔就己经凝固，铸件会出现表面质量差等问 题；浇注温度过高，晶粒容易粗化，而且浇 注的温度越高，合金越容易吸气，使得 金属液体中的气体溶解增多，在金属液凝固阶段，溶解在熔体中的气体由于冷却速 度较快，来不及析出，存留在固相中，使得铸件易出现气孔等缺陷。 充型速度是指金属液在冲头的作用下填充型腔的速度。充型速度太高会使型腔
液态模锻及其优点
液态模锻，又称挤压铸造、连铸连锻，是一种既具有 铸造特点，又类似模锻的新兴金属成形工艺。它是将 一定量的被铸金属液直接浇注入涂有润滑剂的型腔中 ，并持续施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时 易流动和锻造技术使已凝固的硬壳产生塑性变形，使 金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的 缩孔缩松，以获得无铸造缺陷的液态模锻制件。
CONTENTS
目录
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传统成型方法 液态模锻原理及优点 液态模锻工艺及对凝固的影响
传统成型方法
铸造
铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融 金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形 状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方 法。
锻造
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施 加压力，使其产生塑性变形以获得具有 一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的 加工方法。
的气体来不及排出，造成卷气，还会引起金属液的飞溅，使铸件产生缺陷；相反，
充型速度过低，金属液与模具接触的地方会迅速凝固，阻碍合金液充型凝固，从而 出现充不满等缺陷。
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传统成型方法优缺点
铸造优点： 1、可以生产形状复杂的零件，尤其是复杂内腔的 毛坯； 2、适应性广，工业常用的金属材料均可铸造，几 克到几百吨； 3、原材料来源广，价格低廉，如废钢、废件、切 屑等； 4、加工量小，铸件的形状尺寸与零件非常接近， 减少了切削量，属于无切削加工； 5、应用广泛，农业机械中40%~70%、机床中 70%~80%的重量都是铸件。 缺点： 1、机械性能不如锻件，如组织粗大，缺陷多等； 2、砂型铸造中，单件、小批量生产，工人劳动强 度大； 3、铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易 产生许多缺陷。
镁合金液态模锻应该注意的问题
液态镁合金质量 镁合金液态模锻过程是经过铸造同时加压进行锻造。液态镁合金的质量问题直接 决定了液锻件的好坏。液态镁合金的质量取决于镁合金的熔炼。熔炼过程中需注意以下 几个方面的问题。①除气。溶解在金属液中的气体，在结晶过程中会在液锻件中形成气 孔。实际生产中，应该快速溶化，不要使金属液过热和在高温卜长时问停留，且熔炼中 尽量少搅动金属液。②脱氧。镁合金在熔炼过程中容易氧化燃烧，为了防比镁合金熔体
铸件组织致密，很少有缩孔缩松，可进行热处理； 工艺出品率高；铸件的尺寸精度很高；工艺适用性 较强，常用合金都可以进行液态模锻；力学性能高 于其它普通铸件， 接近或者相当于同种合金的锻 件水平。
液态模锻的发展
我国
前苏联1937年，将
这项技术应用于军事 及高科技范围金属构 件的制造 我国1958年开始液态 模锻相关研究
锻造优点： 1、锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使 原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等 轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣 等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性 和力学性能。 2、锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤 维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件 具有良好的力学性能与长的使用寿命。 锻造缺点： 1、工人们同时暴露于高温空气和热辐射下，导致热量在 体内积累，热量加上代谢的热量，会造成散热失调和病理 变化。易引起缺盐和热痉挛。在寒冷季节，暴露于小气候 环境的变化中可能在一定程度上促进其适应性，但迅速而 过于频繁的变化，可能构成对健康的危害。 2、大气污染污染严重：有烟尘、一氧化碳、二氧化碳、 二氧化硫等等废气。噪声和振动:型锻锤必然会产生低频率 噪声和振动，但也可能有一定的高频成分，其声压级在 95~115分贝之间。工作人员暴露于锻造振动中，可能造成 气质性和功能性失调，会降低工作能力和影响安全。 3、具有一定的危险性。
60年代中期已经用
于铝合金仪表零件生 产，70年代应用于 铜合金产品 发展
现在液锻技术的应用 主要分为在有色金属
制件中的应用和在黑
色金属制件中的应用
起始
液态模锻压力对凝固的影响
凝固时体积收缩合金： 增加压力使临界晶核尺寸和形核功减小，有助于晶核生成。 压力提高过冷度，有利于形核。 压力还可以破碎长大的树枝晶、使其脱落形成新晶核，细化晶粒。
镁合金 锌合金 铜合金
钢、铁
铝合金的凝固
铝合金具备较好的机械性能和机械加工性能，以及优良的焊接性能，应用
比较广泛。通常情况下，铝合金中的溶质元素在凝固过程中的结晶温度和成分 范围比较宽，铸造性能不高，一般出现糊状的凝固特征，所以很容易形成缩孔 、缩松和热裂等铸造缺陷。铝合金中平衡分配系数Ko < 1的低熔点富硅液相在 凝固时被排挤到枝晶间隙，将呈现出比较严重的枝晶偏析。同时，在复杂厚壁 件的铸造生产过程中，还存在溶质元素的宏观偏析，例如比重偏析、正偏析、 逆偏析和带状偏析等。在铸件壁厚变化较大的地方，金属流动速度存在差异， 更加容易致使铸件成分的宏观不均匀。大尺度范围内的成分不均匀也会影响铸 件后续的热处理工艺，致使铸件各处力学性能存在较大的差异，在使用过程中 ，零件可能因局部强度降低而出现断裂失效。
的氧化、燃烧，一般采用在熔剂层或者在保护气体的保护下进行熔炼。③变质处理。变
质处理是在镁合金液中加入少量变质剂，以改善结晶的条件使组织晶粒细化从而改善镁 合金的性能。④成分偏析，主要有晶内偏析、区域偏析和密度偏析三种。可以通过适当 提高镁合金的浇注温度或者晶粒细化，减少镁合金的晶内偏析，且长时间的扩散退火也 能改善晶内偏析。此外，减少合金液的静置时问，加快冷却速度，能减少合金的密度偏 析。