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金属凝固原理复习大纲第一篇：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。
第一章液态金属的结构和性质凝固：物质从液态转变成固态的相变过程。
液态金属凝固学就是研究液态金属转变成固态金属这一过程的理论和技术。
包括定性和定量地研究其内在联系和规律；研究新的凝固技术和工艺以提高金属材料的性能或开发新的金属材料成型工艺。
物质从液态转变成固态的过程就是凝固。
这是从宏观上的定义。
从微观上看，可以定义为物质原子或分子从较为激烈运动的状态转变为规则排列的状态的过程。
液态金属的热物理性质1.体积变化金属熔化，由固体变成液体时，比容仅增加3%～5%。
2．潜热熔化潜热一般只有升华热的3%～7%，即熔化时原子间的结合能仅减小了百分之几。
液态金属的结构特征１）组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成。
２）特征：“近程有序”、“远程无序”原子间能量不均匀性，存在能量起伏。
原子团是时聚时散，存在结构起伏。
同一种元素在不同原子团中的分布量，存在成分起伏。
金属由液态转变为固态的凝结过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程，从这个意义上理解，金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。
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。
液态金属的性质1、粘度（二）粘度在材料成形过程中的意义1．对液态金属净化的影响2．对液态合金流动阻力的影响3．对凝固过程中液态合金对流的影响2、表面张力——液体的物性参数（一）表面张力是质点（分子、原子等）间作用力不平衡引起的。
这就是液珠存在的原因。
当外界所做的功仅用来抵抗表面张力而使系统表面积增大时，该功的大小则等于系统自由能的增量。
影响液态金属界面张力的因素主要有熔点、温度和溶质元素。
金属在凝固过程中强烈搅拌后，即使在较高固相体积分数时，半固态金属仍只有相当低的剪切应力，枝晶被打碎，生成球状微粒结构，具有流变性和触变性，并冠以半固态金属加工技术（Semi-Solid Metal Forming），即SSM。
第五章凝固的传热学基础液态金属成型原理0、概论1、液态金属的结构和性质2、凝固的热力学基础3、界面4、凝固的结晶学基础5、凝固的传热学基础6、凝固过程的流体流动7、凝固金属的组织结构8、凝固过程的缺陷和对策第五章凝固的传热学基础2第五章凝固的传热学基础Heat Transfer in Solidification3第五章凝固的传热学基础凝固过程是一个温度降低、热量散失的传热过程。
凝固传热要解决的主要问题是凝固过程温度场及其变化。
凝固潜热散失速度和金属内部的温度场决定了凝固速度、进程和组织。
目前凝固传热是研究凝固理论的一个重要分支。
4第五章凝固的传热学基础第一节温度场及其确定方法第二节糊状区第三节铸件的凝固时间第五章凝固的传热学基础一、凝固传热的基本形式：稳定温度场：不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：()t z y x f T ,,,=()z y x f T ,,=28601.3E21.4E26第五章凝固的传热学基础二、凝固动态曲线7第五章凝固的传热学基础二、凝固动态曲线8第五章凝固的传热学基础二、凝固动态曲线9第五章凝固的传热学基础二、凝固动态曲线10第五章凝固的传热学基础三、铸型导热的基本类型铸件/铸型换热系统5个区域:¾1-液区；¾2-液固并存区；¾3-固态区；¾4-中间层-涂料，保护渣或气隙；¾5-铸型；不稳定温度场-各点温度随时间变化;11第五章凝固的传热学基础A.铸件-非金属型换热系统图示τ瞬间的温度分布12第五章凝固的传热学基础铸件-非金属型换热特点zλ-导热系数，单位温度梯度时的热流密度，W/m •ºC;z λ2/ λ1<<1；铸件断面内G 很小，温差很小，冷却缓慢；铸型则相反；z中间层极薄，性质与非金属铸型相近似；可以忽略；z 非金属铸型是换热的控制因素。
13第五章凝固的传热学基础B.铸件-金属型换热系统14第五章凝固的传热学基础铸件-金属型换热系统金属型换热系统特点zλ3<< λ1, λ3<< λ2 ;z铸件、铸型断面内G都很小；可以忽略其温差；z中间层极薄，性质与非金属铸型相近似，是换热的控制因素。
金属凝固原理（全）《金属凝固理论》期末复习题一、是非判断题1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加。
(错）2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。
(错）3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。
(错）4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。
（对）5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型。
（对）6 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。
（对）7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。
（对）8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。
（对）9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的几率。
(错）10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。
（对）11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。
（对）12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对）13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。
(错）14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。
（对）15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。
（对）16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。
(错）17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。
(错）18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶核就地生长的结果。
(错）19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定的凝固壳层则为其充分条件. （对）20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。
(错）21.处理温度越高，孕育衰退越快。
因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理温度。
（对）22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。
第一章1金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液态金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。
原因：金属熔化时典型的体积变化∆V V m /(多为增大）为3%~5%,金属熔化潜热m H ∆比其汽化潜热b H ∆小得多，为汽化潜热的1/15~1/30。
2粘度：定义：作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dy dv x /的比例系数。
dy dv x ητ= 相关数学表达式：)exp(203T k U T k B B τδη= 0τ为原子在平衡位置的振动周期（对液态金属约为s 1310-） 粘度随原子间距δ增大而降低，以3δ成反比。
3运动粘度为动力粘度除以密度，即ρην/=粘度的影响因素：①金属液的粘度η随结合能U 按指数关系增加；②粘度随原子间距δ增大而降低；③η与温度T 的关系受两方面共同制约，但总的趋势随温度T 而下降。
4粘度在材料成型中的意义：①粘度对层流的影响远比对湍流的影响大。
在层流情况下的液体流动要比湍流时消耗的能量大。
当2300>e R 时，为湍流，当2300<e R 时，为层流。
雷诺数Re=ηρνDv Dv =（D 为直接，v 为速度，v 为运动粘度）ρνη速层D R f 32e 32== 2.02.00.2092.0e 092.0）速（湍ρνηD R f == 5流动阻力越大，管道中运输相同体积的液体所消耗的能量就越大，或者所所需压力差也就越大，由此可知，在层流情况下的液体流动要比湍流时消耗的能量大。
6夹杂物和气泡的上浮速度与液体的粘度成反比ηρρ2)(92r g v B m -=（m ρ为液体合金密度，B ρ为夹杂物或气泡密度） 下沉m B ρρ-(即杂—液）。
7.压力差：对一般曲面σ)11(21r r p +=∆（σ表面张力） 对圆柱形（2r =∞）则p ∆=rσ（式中1r r =）对球形（如液滴）（21r r =）则rp σ2=∆（式中21r r r ==） 9附加压力的意义：铸造过程金属液是否侵入砂型毛细管而形成粘砂，与表面张力σ引起的p ∆有关，金属液与砂型不湿润，有利于防止金属侵入砂型毛细管而形成粘砂，但毛细管直径D 及金属液静压头H 越大，越容易产生粘砂。
