液态金属结晶的基本过程

第3章 液态金属结晶的基本原理

材料加工工程 林晓娉 (教授)

第三章 液态金属结晶的基本原理液态金属的结晶过程决定了铸件凝固后的结晶组织,并对随后冷却过 程中的相变,过饱和相析出和相的分析及铸件的热处理过程产生极大的影 响.此外,还影响到了铸件结晶过程中伴随的其他现象.对铸件的质量,性能 以及其他的工艺过程都有着极其重要的作用. 本章将从热力学和动力学的角度出发,系统的理论的讲述液态金属结 晶的基本原理,为后续章节的学习奠定基础.

本章主要内容: 1.生核过程 2.晶体的长大 3.凝固过程中质量的传输 4.单相合金的结晶

5.共晶合金的结晶

河工 北大

第四章 液态金属结晶的基本原理知识框架

晶核的 形成金属 结晶 理论 晶核的 长大

热力学条件：过冷度 临界过冷度 条件 结构条件：结构起伏(相起伏) 临界晶核 能量条件：能量起伏 临界形核功均匀形核：形核率受过冷度影响 方式 非均匀形核：形核率受过冷度、杂质结构 及表面形貌影响 参数：形核率 条件：动态过冷度 垂直长大：粗糙界面 机制 横向长大：光滑界面

二维晶核台阶机制

晶体缺陷台阶机制 形态 平面状长大：正温度梯度，粗糙界面为主 树枝状长大：负温度梯度，粗糙界面 参数：长大速度，与界面结构、过冷度有关

3.

液态金属行业研究报告

第一节 液态金属材料简述 1.1液态金属的定义

液态金属即非晶材料，是一种长程无序（短程有序）、亚稳态（一定温度晶化）、一定程度上的物理特性各向同性的金属材料，具有固态、金属、玻璃的特性，又称金属玻璃，具有高强度、高硬度、塑性、热传导和耐磨性等。

图 1-1 液态金属具有长程无序结构

1.2 液态金属的特点

液态金属兼有玻璃、金属、固体和液体的特性，是一类全新性的高性能金属材料，具备很多不同于传统玻璃材料的独特的性质。

非晶材料具有高强度、高比强度、高硬度和高弹性形变等优点

Liquidmetal在表面光洁度上远远高于镁、铝、钛、钢等金属。

1) 是迄今为止最强的金属材料（屈服强度和断裂韧性最高）和最软的（屈服强度最低）金属材料之一；

2) 具有接近陶瓷的硬度，却又能在一定温度下能像橡皮泥一样的柔软，像液体那样流动（超塑性），所以它又是最理想的微、纳米加工材料之一；

3) 液态金属的强度（1900Mpa）是不锈钢或钛的两倍，易塑形堪比塑料，兼具了钢铁和塑料的优势，可以塑性加工。

工艺余成本优势

加工工艺 优势 劣势 成本 1.相对于一般的高强度合金制备，它具有复合材料熔点较低，不适净成形（Net-Sh

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：

?液态金属的充型能力：

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：金属液体的流动能力，铸型性质，浇铸条件，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。

其流动性一定，但充型能力不高，可以改变某些因素来改变，流动性是特定条件下的充型能力。

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，

浇铸温度太高，容易使金属吸气，氧化严重达不到预期效果。

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，即液态金属充填铸型的能力，简称为液态金属充型能力。液态金属本身的流动能力称为“流动性” ，是液态金属的工艺性能之一。 液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。在工程应用及研究

工业结晶过程提纲 Industrial Crystallization

一、工业结晶概论 Chapter 1 Overview of Industrial Crystallization 二、成核 Chapter 2 Nucleation

三、晶体生长 Chapter 3 Crystal Growth

四、粒数衡算概念 Chapter 4 Population Balance Concept

五、混合悬浮混合产品排出结晶器：一种理想方式 Chapter 5 Mixed Suspension Mixed Product Removal Crystallizer-An Idealized Configuration 六、粒数影响因素 Chapter 6 Population Functions

七、结晶动力学推导 Chapter 7 Derivation of Crystallization Kinetics

八、结晶过程中的物理传递现象 Chapter 8 Physical Transport Phenomena in Crystallization 九、结晶系统取样和分析 Chapter 9 Sampling and

液态金属铸造成形

简介

班级： 姓名： 学号：

液态金属铸造成形

1

将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。

工艺基础-充型能力

液态合金填充铸型的过程。充型能力是液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。[2]

充型能力首先取决于金属本身的流动性（流动能力），同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的影响。

一、液态合金的流动性

合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。 二、浇注条件

1.浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

2.充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 3.浇注系统结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

三、

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第二篇

金属液态成形工艺

湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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绪论什么是液态成形(铸造) 一 什么是液态成形(铸造)?将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中， 将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中， 待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法. 待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法.

铸造的核心问题： 铸造的核心问题： 凝固组织的形成与控制； 凝固组织的形成与控制； 铸造的缺陷与防止； 铸造的缺陷与防止； 尺寸精度与表面粗糙度的控制。 尺寸精度与表面粗糙度的控制。

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二 铸造生产过程

变速箱壳体的铸造过程湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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铸 零 件 图 造 工 艺 图

型砂 模型 熔化 芯盒 芯砂

铸 型 浇注 型 芯 冷却 凝固

铸 件

湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering

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1. 金属的液态成形(铸造)

1.0 概述

将金属材料加热到高温熔化状态，然后采取一定的成形方法，待其冷却、凝固后获得所需金属制品，这种制造金属毛坯的过程称为金属的液态成形。金属的液态成形除了铸造之外，还有液态模锻。

1.0.1铸造的定义

铸造是指将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状、尺寸和性能的毛坯或零件的金属液态成形方法。它是生产机器零件毛坯的主要方法之一。

1.0.2铸造的基本过程

铸造生产的基本过程包括以下三个步骤： ①根据零件的要求，准备一定的铸型；

②把金属液体浇满铸型的型腔； ③金属液体在铸型型腔中冷凝成形，获得一定形状和尺寸的铸件。

1.0.3铸造生产的特点

铸造的实质就是液态金属(合金)逐步冷凝成形，具有以下特点： ? 优点： ①适应性广

几乎所有金属及其合金，只要能够熔化成液态便能铸造，尤其是适合生产塑性差的材料。 ②工艺灵活性大

各种形状、尺寸(壁厚从0.5～1000mm、轮廓从几毫米至几十米)、重量(从几克～几百吨)和生产批量的铸件都能生产，能够制成如机床床身、箱体、机架、支座等具有复

杂内腔的毛坯。某些形状极其复杂的零件只能用铸造方法制造毛坯。 ③省工省料

金属刀具切学原理

第三章 金属切削过程 的基本规律

金属刀具切学原理

金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将产 生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，这 些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而生产 实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削 过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切削过程中 的基本规律，将有利于金属切削技术的发展，对合理选 择切削用量，提高生产效率，工件的加工质量和降低生 产成本都有重要的意义。

金属刀具切学原理

1898年Taylor和White发明高速 钢。1930 年前后人们又发明了硬质合金。 新的刀具材 料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应 用范围越来越广。以高速 钢的应用为例， Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到 “高速钢刀具的出现引起了 金属切削实践的 革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并 要求完全改变机床的结构 ，据估计，在最初 几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二 千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产 值。” 与此同时，生产实际也给金属切削研 究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工表面质量，切屑

金属刀具切学原理

第三章 金属切削过程 的基本规律

金属刀具切学原理

金属切削过程是刀具从工件表面上切除金属余量， 获得符合要求的已加工表面的过程。在这个过程中将产 生许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，这 些均以切削过程中金属的弹、塑性变形为基础。而生产 实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同切削 过程中的变形规律有关。因此，研究和掌握切削过程中 的基本规律，将有利于金属切削技术的发展，对合理选 择切削用量，提高生产效率，工件的加工质量和降低生 产成本都有重要的意义。

金属刀具切学原理

1898年Taylor和White发明高速 钢。1930 年前后人们又发明了硬质合金。 新的刀具材 料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应 用范围越来越广。以高速 钢的应用为例， Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到 “高速钢刀具的出现引起了 金属切削实践的 革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并 要求完全改变机床的结构 ，据估计，在最初 几年，美国的工程制造业，由于使用了价值二 千万美元的高速钢而 增加了八十亿美元的产 值。” 与此同时，生产实际也给金属切削研 究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具 的耐用度，加工表面质量，切屑

中南大学金属液态成形原理

老师标记的重点课后题答案

P31．

2.如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？

答：实际液态金属合金的结构式及其复杂的，它有大量各种成分的时聚时散，此起彼伏游动原子集团，空穴所组成，同时也含有各种固态，液态，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。三种起伏影响液态金属的结晶凝固过程，从而对铸件的质量产生重要的影响。

11.某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金机翼因铸造常出现浇不足缺陷而报废，。。。。。请问可采取哪些措施来提高成品率？

答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提高成品率：

（1）调整铸型性质。使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属与铸型的温差，提高金属液充型能力。

（2）改善浇注条件。提高浇注温度，加大充型压头，改善浇注系统结构，提高金属液的充型能力。

P53．

1. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？

答：可以通过以下的工艺措施改变或控制凝固速度： ①改变铸件的浇注温度、浇注方式以及浇注速度； ②选用适当的铸型材料和预热温度； ③在铸型