液态金属成型

金属液态成型基础作业1、试述液态金属的充型能力和流动性之间在概念上的区别，并举例说明。

答：? 液态金属的填充能力：充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件能力。

影响因素：金属液的流动能力、模具性能、铸造条件和铸件结构。

？流动性：液态金属本身的流动能力，与金属本身有关：成分，温度，杂质物理性质。

其流动性是确定的，但填充能力不高。

它可以通过改变一些因素来改变。

流动性是指在特定条件下的填充能力。

11、四类因素中，在一般条件下，哪些是可以控制的？哪些是不可控的？提高浇铸造温度会带来什么副作用？答：一般条件下：合金与铸件结构不可控制，而铸型和浇铸条件可以控制，铸造温度过高，容易使金属严重吸入氧化，达不到预期效果。

3试述液态金属充型能力与流动性间的联系和区别，并分析充型能力与流动性的影响因素。

答：(1)液态金属充型能力与流动性间的联系和区别液态金属填充型腔并获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属填充型腔的能力，简称液态金属填充能力。

液态金属本身的流动性称为“流动性”，这是液态金属的工艺特性之一。

液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，还受外部条件的影响，如模具性能、浇注条件、铸件结构等因素。

它是各种因素的综合反映。

在工程应用和研究中，通常是在相同的条件下（如相同的模具性能、浇注系统、浇注过程中控制相同的合金液过热度等）浇注各种合金的流动性试样，合金的流动性用试样的长度表示，合金的填充能力由测量的合金流动性表示。

因此，可以认为合金的流动性是一定条件下的填充能力。

对于同一种合金，还可以通过流动性试样研究各种铸造工艺因素对其充型能力的影响。

（2）充填量和流动性的影响因素①合金的化学成分决定了结晶温度范围，与流动性之间存在一定的规律。

一般来说，在流动性曲线上，纯金属、共晶成分和金属间化合物对应的位置流动性最好，流动性随结晶温度范围的增加而降低，在最大结晶温度范围内流动性最差，即，随着结晶温度范围的增加，填充能力越来越差。

三种液态成形方法液态成形是工程领域中的一种重要成形技术，用于制造各种金属或非金属零件。

它通过将材料加热至液态，并注入到模具中，随后冷却并固化成所需形状。

液态成形方法具有制造复杂零件、提高生产效率和减少原材料浪费等优点。

下面将介绍三种常用的液态成形方法：压铸、注射成型和热挤压。

1.压铸压铸是一种通过将液态金属或合金注入高温模具中，并以高压使其充分充实和冷却而形成所需零件的成形方法。

压铸适用于制造具有复杂形状和精密尺寸要求的铝、镁、锌等金属零件。

工艺流程：(1)准备模具：根据所需零件的形状和尺寸，制造金属模具。

(2)准备材料：根据所需零件的要求，选择适合的金属或合金，并将其加热至液态。

(3)充填模具：将液态金属或合金注入已加热的模具中。

(4)施加压力：通过驱动液压系统，施加高压使液态金属或合金充实模具腔体，并排除有害气体。

(5)冷却固化：等待足够时间，让液态金属或合金冷却并固化成所需形状。

(6)分离模具：打开模具并取出成品零件。

(7)修整和后处理：将零件上的余料切割掉，并进行必要的表面处理。

2.注射成型注射成型是一种通过将液态或半液态塑料材料注入模具中，并在成型温度下固化成所需形状的成形方法。

注射成型适用于制造塑料零件，广泛应用于电子、汽车、日用品等领域。

工艺流程：(1)准备模具：根据所需零件的形状和尺寸，制造塑料模具。

(2)准备材料：选择适合注射成型的塑料树脂，并将其加热至液态或半液态。

(3)充填模具：将液态或半液态塑料注入已加热的模具中。

(4)冷却固化：等待足够时间，让塑料在模具中冷却并固化成所需形状。

(5)分离模具：打开模具并取出成品零件。

(6)修整和后处理：将零件上的余料切割掉，并进行必要的表面处理。

3.热挤压热挤压是一种通过将液态金属在高温和高压下通过模孔挤压成型的成形方法。

热挤压适用于制造具有长直形截面或复杂截面的杆、管和型材等零件。

工艺流程：(1)准备模具：根据所需零件的形状和尺寸，制造高温合金模具。

液态金属成型的发展趋势
液态金属成型是一种近年来快速发展的金属加工技术，它基于金属在液态状态下的性质，通过特定的成型方式将其塑形成所需的形状。

液态金属成型的优点主要包括制品表面光洁度高、密度均匀、加工效率高等。

然而，目前液态金属成型还存在一些挑战和限制，如制品尺寸受限、成本较高等。

因此，未来液态金属成型的发展趋势将主要集中在以下几个方面：
1. 提高成型精度和尺寸范围：通过改进成型工艺和加工设备，
提高液态金属成型的精度和尺寸范围，以满足更广泛的应用需求。

2. 发展新型材料：液态金属成型可以应用于各种金属和合金，
未来将继续发展新型材料，以拓展应用领域。

3. 降低生产成本：液态金属成型技术需要高温高压条件下进行，导致生产成本较高，未来将探索新的成型方法和材料，以降低生产成本。

4. 创新应用领域：液态金属成型在汽车、电子、医疗等领域都
有广泛应用，未来将继续探索新的应用领域，如航空航天、新能源等。

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1、液态金属成型技术是将融融的金属或合金在重力场或其他外力场的作用下注入铸型型腔中，待其凝固后获得与型腔形状相似逐渐的一种方法，这种成型方法叫做铸造。

2、液态成型（铸造）是将融化成型的液态金属浇入住铸型后一次制成所需形状和性能的零件3、金属塑性成形又称塑性加工，是利用金属的塑形，通过外力获得所需形状，尺寸与内部性能制品的一种加工方法。

4、表面张力：是表面上存在的一个平行于表面且各个方向大小相等的力。

5、表面自由能；是产生新的单位面积表面时自由能的增量。

6、液态金属充填铸型的能力：液态金属充满铸型型腔，获得完整、轮廓清晰的铸件的能力。

7、流动性;液态金属本身的流动性。

与金属的成分、温度、杂质含量、铸件结构有关。

8、强迫对流：在凝固过程中可以外在激励使液相产生的流动9、液态金属结晶：液态金属转变成晶体的过程称为液态金属结晶或金属一次结晶。

10、相变驱动力：只有当T<T0，Gl>Gs时，结晶才可能自发进行，此时液固两自由能只差称为相变驱动力。

11、过冷度：t=t-t0称之为过冷度12:、热力学能障：由界面原子所产生，能直接影响体系自由能的大小。

13、动力学能障：由原子穿越界面的过程中所引起的，其大小与相变驱动力无关，而决定于界面的结构和性质，前者对形核有影响，后者则在晶体生长过程中起关键作用。

14、均质形核：是在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程。

也成自发形核。

15、非均质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面的衬底进行形核的过程，也称非自发形核，异质形核G非=G均f（o），当0<O<180时，0<f（o）<1，0=180，f（o）=1时，G非=G均。

16、晶体生长驱动力：固液界面处，固液两项体积自由能之差。

晶体生长主要受界面生长动力学过程，传热过程，传质过程三方面的影响17、原子角度看微观姑爷界面的结构可分为两大类粗糙界面(非小面界面)、平整界面（小面界面）18、溶质在分配：从形核开始到结晶结束，整个过程中，固液两项内部进行着溶质元素的重新分布的过程。

成型法的加工原理材料成形方法是零件设计的重要内容，也是加工过程中的关键因素，除了机加工外，金属注射成型、塑性成型以及近年兴起的3D打印都是主要技术，下面就来细数一下这些金属成形工艺的特点。

铸造液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。

工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件工艺特点：1、可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。

2、适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。

3、材料来源广，废品可重熔，设备投资低。

4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。

铸造分类：（1）砂型铸造（sand casting）在砂型中生产铸件的铸造方法。

钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。

工艺流程：技术特点：1、适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；2、适应性广，成本低；3、对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。

应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件（2）熔模铸造(investmentcasting)通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。

常称为“失蜡铸造”。

工艺流程：优点：1、尺寸精度和几何精度高；2、表面粗糙度高；3、能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。

缺点：工序繁杂，费用较高应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。

（3）压力铸造(die casting)利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。

工艺流程：优点：1、压铸时金属液体承受压力高，流速快2、产品质量好，尺寸稳定，互换性好；3、生产效率高，压铸模使用次数多；4、适合大批大量生产，经济效益好。

2.金属结晶（凝固）的形核热力学条件及形核机理。

答：金属结晶的热力学条件：金属结晶必需要过冷，过冷是金属结晶的必要条件。

金属结晶一般是在等压条件下进行的。

固、液两相都有各自的自由能，它们的自由能在等压条件下随温度的上升同样是降低的，如图2.1所示。

由于液相原子排列混乱程度高于固相，因而有：SL>Ss S L<-Ss»即有d0L=_SL<dG S=SsdT dΓ上式表示液相炳的负值比固相焰大，因此液相自由能随温度下降的速率大于固相。

而在肯定零度时，因液相原子排列混乱程度大于固相而具有更高的自由能。

这一关系可用图2.1来表示。

图中GL和GS分别代表液相和固相的自由能随温度变化的曲线，两曲线交于温度T mo在Tm温度，固、液两相自由能相等。

Tm就是理论结晶温度。

所以理论结晶温度定义为固液两相自由能相等所对应的温度，也称平衡熔点。

图2.1自由能随温度的变化示意图依据自由能最小原理，要发生液相向固相的自发转变，实现结晶，固相自由能必需小于液相，从图中可见：这只有在温度小于理论结晶温度时才能实现，这就是液体金属必需具有肯定的过冷度，结晶才能自动进行的缘由。

四、金属结晶的驱动力金属结晶的驱动力从宏观上看是过冷度，从热力学上看是固、液两相自由能之差。

实际上，可以证明单位体积固、液两相自由能之差AGv和过冷度ΔT之间存在如下关系：ΔTGLGS=Δ½=L rn—"m式中Lm—结晶潜热。

从上可以看出：要实现结晶，依据自由能最小原理，G L-G S>0,而要保证必需保证GL-GS>0,即实际结晶温度必需低于理论结晶温度。

并且，过冷度越大，固、液两相自由能之差越大，金属结晶的驱动力也越大。

晶核的形成机理：形核有两种方式：匀称形核和非匀称形核。

匀称形核是指晶核不依附任何外来物形成,形核在液相各处的形核几率是相同的；非匀称形核是指晶核依附于外来物（如容器壁和固态杂质）上形成。

液态金属成型工艺的研究与应用导言液态金属成型工艺是一种利用金属在高温状态下具有流动性的特点来进行加工和成型的技术。

它具有高精度、高效率、可塑性强等优点，并在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。

本文将探讨液态金属成型工艺在材料科学与工程中的研究和应用。

一、液态金属成型的基本原理液态金属成型是利用金属在高温状态下的流动性，通过控制金属的温度和形状来进行成型工艺。

通常液态金属成型工艺包括：压铸、浇铸、挤压、注射成形等。

压铸是将金属液体注入模具中，在高压下迅速冷却固化得到零件的一种工艺。

它具有制造复杂形状零件的优势，并且能够实现高度自动化和大规模生产。

浇铸是将金属液体注入到模具中，通过冷却后得到铸件的工艺。

它是一种常用的金属成型工艺，可以制造各种形状和尺寸的零件，广泛应用于汽车制造和航空航天等领域。

挤压是将金属材料加热至液态，通过挤压机的作用将液态金属迫入模具中，然后冷却固化成型。

挤压工艺适用于制造长条形零件或中空零件。

注射成形是将金属液体注射到模具中，通过冷却后得到零件的工艺。

它具有高精度和高稳定性的优势，常用于制造微小和复杂形状的零件。

二、液态金属成型的优势和应用液态金属成型工艺具有以下几个优势：1. 高精度：液态金属成型可以制造出高精度的零件，满足现代产品对精度的要求。

2. 高效率：液态金属成型工艺可以实现连续生产，提高生产效率，节省时间和成本。

3. 可塑性强：液态金属成型可以加工各种复杂形状的零件，具有较强的可塑性和可变性。

液态金属成型工艺在多个领域得到广泛应用：1. 航空航天领域：液态金属成型工艺可以用于制造飞机的发动机部件、燃烧室等关键零件，提高飞行器的性能和安全性。

2. 汽车制造领域：液态金属成型可以用于制造汽车发动机、车身结构和底盘等部件，提高汽车的性能和安全性。

3. 电子设备领域：液态金属成型工艺可以用于制造电子产品的外壳、散热器和连接器等零件，提高产品的可靠性和美观度。

三、液态金属成型的研究进展液态金属成型工艺的研究一直是材料科学与工程领域的热点。

液态金属成型金属液态成型论文作者：刘永星摘要：金属液态成型又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件，即铸件的方法，它是成形毛坯或机器零件的重要方法之一。

工程材料除切削加工以外有各种成型方法，包括金属液态成型、金属塑性成形、材料连接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型及复合材料成型等。

材料成型技术主要讲述金属材料成型和非金属材料成型，现对金属液态成型进行详细论述。

关键词：金属液态成型、成型方法、生产流程、成型原理、选择成型依据一、金属液态成形金属材料在液态下成形，具有很多优点：（1）最适合铸造形状复杂、特别是复杂内腔的铸件。

（2）适应性广，工艺灵活性大。

（3）成本较低。

但液态成形也有很多不足，如铸态组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能、特别是冲击性能低于塑形成行件；铸件涉及的工序很多，不易精确控制，铸件质量不稳定；由于目前仍以砂型铸造为主，自动化程度还不够高，工作环境较差；大多数铸件只是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。

砂型铸造是将熔融金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法，是应用最为广泛的传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。

砂型铸造的工艺过程称为造型。

造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。

手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工和手动完成。

其优点是操作灵活、适应性强、工艺装备简单、生产准备时间短。

但生产效率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。

故手工造型只适用于单件、小批量生产。

机器造型生产率很高，是手工造型的数十倍，制造出的铸件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同时工人劳动条件大为改善。

但机器造型需要造型机、模板以及特质砂箱等专用机器设备，一次性投资大，生产准备时间长，故适用于成批大量生产，且以中、小型铸件为主。

液态金属成型中的流变行为研究液态金属成型是一种重要的制造工艺，它可以制备出许多复杂形状的金属部件。

在液态金属成型过程中，流变行为是非常关键的。

流变学是研究物质在外力作用下流动和变形的学科，它可以帮助我们理解液态金属成型中的流变行为，并优化工艺条件，提高制造质量和效率。

一、液态金属成型与流变行为液态金属成型是指将金属加热至液态，然后通过某种方法将其注入成型模具中，冷却后即可得到所需形状的金属部件。

液态金属成型有许多方法，如压力铸造、注射成型、挤压成型等。

在这些成型过程中，金属的流变行为直接影响着成型质量。

流变行为通常包括应力、应变、时间和温度等因素。

液态金属成型需要在较高的温度下进行，因为在高温下，金属分子间的相互作用力减弱，金属流动性增加，使材料易于成型。

因此，针对每种金属，研究其在不同温度和应力下的流变行为，是制定液态金属成型工艺的重要基础。

二、影响液态金属成型的流变因素1、温度温度是液态金属成型中最重要的因素之一。

液态金属成型需要在相对较高的温度下进行，可以减少流体黏度和表面张力，提高流动性。

但是，过高的温度会导致金属的氧化和蒸发，影响成品的质量。

因此，在液态金属成型工艺中，需要根据金属的特性和成型要求选定适当的温度。

2、压力压力是液态金属成型中的另一个重要因素。

在液态金属成型中，压力可以改变金属的流动路径和速度，影响成品的形状和性能。

但是，过高的压力会导致金属分子的损伤，对成品质量产生不利影响。

因此，在液态金属成型过程中，需要根据模具的形状和金属的特性控制压力。

3、组成组成是液态金属成型的一个重要因素。

不同的金属合金具有不同的成分和结构，对其流动性和形变特性有重要影响。

例如，在铝合金成型中，硅、铜等元素的含量和比例，可以影响铝合金的流变行为和机械性能。

三、液态金属成型的流变行为研究方法研究液态金属成型中的流变行为，可以帮助我们理解液态金属成型的本质和特点，并优化制造工艺。

液态金属成型的流变行为通常可以通过以下方法进行研究：1、实验测量实验测量是液态金属成型流变行为研究的基础。