材料成形原理第1章

材料成型原理第1章液态金属的结构与性质物相由界面包围的具有一定成分和结构的均匀体组织物相的机械混合物润湿性是指存在两种互不相溶液体，液体首先润湿固相表面的能力，即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性压力差物体两侧所受压力的差值现代晶体学表明，晶体的原子一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，表现出平移对称性特征，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动，相对于晶体这种原子有序排列，气体的分子原子，不停的做无规律运动。

液体表现出长程无序特征，液体结构表现出局域范围内的近程有序。

偶分布函数的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的概率。

晶态固体因原子以特定方式周期排列，其偶分布函数以相应的规律呈分立的若干尖锐峰，液体的g(r)出现若干衰减的钝化峰，直至几个原子间距后趋于直线g(r)等于1。

由于能量起伏，液体中大量不停游动着的局域有序原子团簇，时聚时散，此起彼伏，而存在结构起伏，实际金属的现象，还要复杂的多，除了能量起伏及结构起伏，还同时存在着浓度起伏。

长程有序：液体的原子相对于周期有序的晶体固态是不规则的，液体结构宏观上不具有平移、对称性。

黏度是液体内摩擦阻力大小的标志，黏度的物理意义可以视为：作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。

表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。

黏度的意义：黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。

影响钢铁材料的脱硫，脱磷，扩散脱氧。

熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。

影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。

影响精炼效果，夹杂、气孔的形成。

表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。

表面是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，前者指液体或固体与气体之间的交界面。

原子间结合力越大，表面内能越大，因此表面自由能越大，表面张力也就越大。

第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。

Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。

层流比紊流消耗能量大。

2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。

润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。

3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。

4充型能力：充型过程中，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，即液态金属充型能力。

5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。

拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。

化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。

6实际液态金属结构：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空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。

能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。

结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。

浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。

第一篇第一章液态金属的结构和性质1.凝固不过只是一种相变过程，即物质从液态转变成固态的过程称为凝固。

2.相变不只是发生在固相、液相、气相三相之间，在固相中间也是会有相变，即同素异构转变。

3.对金属晶体加热以后，晶体受热膨胀，若对晶体进一步加热，则达到激活能数值的原子数量也进一步增加。

原子离开点阵后，即留下自由点阵—空穴。

空穴的产生，造成局部地区的势垒的减少，使得邻近的原子进入空穴位置，这样就是造成空穴的位移。

在熔点附近，空穴数目可以达到原子总数的1%。

这样在实际晶体中，除按一定点阵排列外，尚有离位原子与空穴。

当这些原子的数量达到某一数量值时，首先在晶界处的原子跨越势垒而处于激活状态，以致能脱离晶粒的表面而向邻近的晶粒跳跃，导致原有晶粒失去固定形状与尺寸，晶粒间可出现相对流动，称为晶界粘性流动。

液态金属中的原子排列，在几个原子间距的小范围内与固态原子基本一致，而远离原子后就完全不同于固态，这个就称为“近程有序”、“远程无序”。

固态的原子为远程有序。

4.在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属要吸收大量的热量，称为熔化潜热。

5.固态金属的加热熔化符合热力学规律：Eq=d(U+pV)=dU+pdV=dHdS=Eq/T,其大小描述了金属由固态变成液态时原子由规则排列变成非规则排列的紊乱程度。

6.熵值变化是系统结构紊乱性变化的量度。

7.液态金属的结构：纯金属结构是由原子集团、游离原子和空穴组成；液态金属的结构是不稳定的，而是处于瞬息万变的状态，这种原子集团与空穴的变化现象称为“结构起伏”，同时还存在大量的能量起伏。

实际液态金属极其复杂，其中包括各种化学成分的原子集团、游离原子、空穴、夹杂物及气泡，是一种“浑浊”的液体。

存在温度起伏、结构起伏和成分起伏。

8.液态金属的性质：⑴粘度：实质上就是原子间作用力，影响因素①化学成分 一般的难熔化合物的物体粘度高，而熔点低的共晶成分合金的粘度低；②温度 液态金属的粘度随温度的升高而降低；③非金属夹杂物 液态金属中固态的非金属夹杂物使液态金属的粘度增加，主要是因为夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体系，液相流动时的内摩擦力增加所致。

材料成型原理（金属塑性成形原理）第一章 绪论塑性成形是利用材料的塑性而获得所需形状与尺寸的工件的一种加工方法。

塑性成形又称为塑性加工与压力加工。

金属塑性加工的主要优点：○1结构致密，组织改善，性能提高。

○2材料利用率高，流线分布合理。

○3精度高，可以实现少无切削的要求。

○4生产效率高。

塑性成形原理课程的内容⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧滑移线法主应力法上限法近似方法法求解塑性问题的经典方应变关系应力屈服准则应力分析应变分析塑性力学金属学塑性成形原理、课程特点：以张量理论为基础。

张量理论基础第一节 笛卡儿张量的定义及其代数运算物理量本身是不依赖于坐标系而存在的，而同一物理在不同坐标系中会有不同的数量特征。

张量是一种数学工具，用它来描述物理量及其运动，所得到的数量表征和分析结果，在任何坐标系中都具有不变形式。

我们讨论的是笛卡儿直角坐标系中的张量。

一、 笛卡儿坐标系的基矢笛卡儿坐标系⎩⎨⎧-右手规则321x x x O设e k (k=1、2、3)沿Ox k 轴的单位矢量，称为基矢量或基矢。

定义基矢的点积或标量积：⎩⎨⎧≠==∙lk lk e e kl k .0.11δ kl δ为Kronecker 克氏符号。

定义基矢的叉积或矢量积为：k ijk j i e e e =∈⨯ ijk ∈为置换符号。

⎪⎩⎪⎨⎧-=∈，其它的奇数排列、、为、、，的偶数排列、、为、、，032113211k j i k j i ijk指标ijk 的原始排列顺序为1、2、3，如果将排列中的任意一对相邻指标互换，则称为指标的一次置换。

例如1 2 3给一次置换就成为1 3 2或2 1 3。

如果再互换一对指标，就称为二次置换。

依次类推可以定义指标排列的几次置换。

当几次为奇数时，称为奇置换。

而几为偶数时，称为偶置换。

二、 求和约定任一矢量 i i e e e e μμμμμ=++=332211 ij ij i j ij ij υμυμ=∑∑==3131在三维的欧矢空间内，如果某一指标在同一项中重复出现，就表示要对这个指标从1到3求和。

第一章液态金属的结构与性质1、熔化潜热：在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属要吸收人量的热量，称为熔化潜热。

2、纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子和空穴组成。

3、态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”、“结构起伏”、“能量起伏”、“成分起伏”。

4、影响液态金属粘度的主要因素是化学成分、温度和夹朵物。

第二章液态成形中的流动与传热1、液态金属的充型能力：液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求毛坯或零件的能力。

2、态金属的流动性：液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是由液态金属的成分、温度、朵质含量等决是的，而与外界因素无关。

3、态金属的停止流动机理1）、纯金属和结品温度范围很窄的合金停止流动机理示意图P 24o在金属的过热量未散失尽以前为液态流动（图lc第I区）。

金属液继续流动, 冷的前端在型壁上凝固结壳（图lb）,而后面的金属液是在被加热了的沟道中流动，冷却强度下降。

由于液流通过I区终点时，尚具有一定的过热度，将已凝固的壳重新熔化，为第II区。

所以，该区是先形成凝固壳，乂被完全熔化。

第III 区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区，在该区的终点金属液耗尽了过热热量。

在第IV区里，液相和固相具有相同的温度——结品温度。

由于在该区的起点处结品开始较早，断面上结品完毕也较早，往往在它附近发生堵寒（图lc）o2）、结品温度范围很宽的合金的停止流动机理示意图P24。

在过热热量未散失尽以前，以纯液态流动。

温度下降到液相线以下时，液流中析出品体，顺流前进，并不断长人（图2a）。

液流前端不断与冷的型壁接触，冷却最快，品粒数量最多，使金属液的粘度增加，流速减慢（图2b）。

当品粒达到某一临界数量时，便结成一个连续的网络，液流的圧力不能克服此网络的阻力时，发生堵塞而停止流动（图2c）。

4、影响充型能力的因素:1）金属性质2）铸型性质3）浇注条件4）铸件结构第三章液态金属的凝固形核及生长方式1、液态金属凝固的驱动力是由过冷提供的。

第一章液态金属的结构与性质1液体结构宏观上不具备平移、对称性、，表现出长程无序性；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的进程有序。

2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、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。

3粘度的意义：作用于液体表面的应tao大小与垂直于该平面方向上的速度梯度（dVx\dy）的比例系数。

4原子间结合力Uo越大，表面内能越大，因此表面的自由能越大，表面张力也就越大。

其熔点和沸点高，其固体和液体的表面能和表面张力也大。

5界面张力大小也可以湿润角（C塔）的大小为标志。

6固-液界面张力（西给吗）越小，cos（C塔）越趋近于1，也就是（C塔）趋近于0，这种情况是湿润的。

总之，不同物质之间结合力越大时，界面张力越小，越容易湿润，其间的接触角越小。

7液态金属表面张力通常随温度升高而下降。

8液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件能力，简称液态金属充型能力。

9液态金属流动性是液态金属的工艺性能力之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。

10 影响充型能力的因素a．金属性质方面的因素合金液的比热容、密度越大，热导率越小，停止流动前的时间越长，，故充型能力好。

b．铸型性质方面的因素湿砂型的b2是干砂型的2倍左右。

B2与造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。

c．浇注条件方面的因素浇注温度越高、充型压越大，则液态金属的充型能力越好。

d．铸件结构第二章凝固温度场1 R为铸件的折算厚度，称为“模数”。

杆状>板状>块体>球体模数最大的单元的凝固时间即为铸件的凝固时间。

2凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式和中间凝固方式。

第三章金属凝固热力学与动力学1 溶质平衡分配系数（K）实际k大小受压力、合金类别及成分、微量元素存在的影响。