第2章 液态成形中的流动与传热
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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。
《材料成型理论基础》课程教学大纲一、课程名称(中英文)中文名称:材料成型理论基础英文名称:Fundamentals for Materials Processing二、课程编码及性质课程编码:0809554课程性质:专业核心课,必修课三、学时与学分总学时:56学分:3.5四、先修课程工程材料学、传热学、流体力学、材料成形工艺基础五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设,也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的(对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用)本课程是本专业的核心课程之一,其教学目的主要包括:1.让学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形及高分子材料成形的基本过程有较全面、深入的理解,掌握其基本原理和规律。
2.了解液态金属的结构和性质;掌握液态金属凝固的基本原理,冶金处理及其对产品性能的影响。
3.掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。
4.掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论,金属流动的基本规律及其应用。
5.了解高分子材料的组织转变及流动、成形的基本规律。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点:教学重点:1)本课程以材料成形工艺的理论基础为主线,根据成形加工过程中材料所处或经历的状态,分为液态凝固成形、固态塑性成形、连接成形、塑料注射成形等几类,学习材料在成形过程中的组织结构、性能、形状随外在条件的不同而变化的规律性知识。
2)本课程着重利用前期所学的物理、化学等基础理论,以及传热学、流体力学等专业基础理论知识,学习液态成形、塑性成形、连接成形等基本材料成形技术的内在规律和物理本质,包括共性原理,同时也要注重个性规律性认识。
3)课程将重点或详细介绍三种主要材料成形方法中的主要基础理论和专门知识,阐述这些现象的本质,揭示变化的规律。
而对次要成形方法的基本原理或发展状况等只作简要介绍或自学。
4)重点学习的章节内容包括:第4章“单相合金与多相合金的凝固”(6学时)、第5章“铸件凝固组织的形成与控制”(6学时)、第7章“焊缝及其热影响区的组织和性能”(6学时)、第8章“成形过程的冶金反应原理”(6学时)、第11章“应力与应变理论”(4学时)、第12章“屈服准则”(6学时)。