液态金属结构和性质ppt课件.ppt

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1、《铸件成形理论》02液态金属的结构和性质一、导言二、固态金属的加热、熔化三、液态金属的结构四、液态金属的性质五、液态金属的流动性及充型能力六、合金的流变性及流变成形一、导言凝固是液态金属转变成固态的过程。研究和了解液态金属的结构、性质是分析和控制金属凝固过程必要的基础。液体的界面张力、潜热等性质凝固过程的形核及晶体生长的热力学熔体的结构信息凝固的微观机制液体的原子扩散系数、界面张力、传热系数、结晶潜热、粘度等性质成分偏析、固-液界面类型及晶体生长方式热力学性质及反应物和生成物在液相中的扩散速度铸造合金及

2、焊接熔池的精炼一、导言一、固体金属的加热与熔化双原子模型中加热时理论上的能垒与间距变化一、固体金属的加热与熔化晶体的加热过程：固态到液态的相变。相变潜热或者相变焓：用熵来描述原子排列混乱程度。二、液态金属的结构（一）液体的分类（二）液体的表观特征（三）液体与固体、气体结构比较及衍射特征（四）液态金属的结构（五）液态金属结构模型（六）实际液态金属的微观特点二、液态金属的结构（一）液体的分类按液体的构成类型，可分为：原子液体（如液态金属、液化惰性气体）分子液体（如极性与非极性分子液体）离子液体（如各种简单的

3、及复杂的熔盐）（二）液体的表观特征具有流动性（液体最显著的性质）；可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状（类似于气体，不同于固体）；不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子之间的结合力没有固体中强（类似于气体，不同于固体）；具有自由表面（类似于固体，不同于气体）；液体可压缩性很低（类似于固体，不同于气体）。（三）液体与固体、气体结构比较及衍射特征晶体：平移、对称性特征（长程有序）——原子以一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动气体：完全无序为特征——分

4、子不停地作无规律运动（三）液体与固体、气体结构比较及衍射特征液体：长程无序——不具备平移、对称性；近程有序——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有序性1.由物质熔化过程认识液体结构物质熔化时体积变化﹑熵变(及焓变)一般均不大，金属熔化时典型的体积变化Vm/VS（Vm为熔化时的体积增量）为3~５%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。金属熔化潜热Hm比其气化潜热Hb小得多，为1/15~1/3

5、0，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。（三）液体与固体、气体结构比较及衍射特征3.液态金属的X-射线衍射结构分析3.液态金属的X-射线衍射结构分析液态金属的衍射结构参数偶分布函授g(r)平均原子间距r1径向分布函数配位数N13.液态金属的X-射线衍射结构分析偶分布函数g(r)物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为r位置的原子数密度ρ(r)对于平均数密度ρo(=N/V=粒子数N/体积V体系)的相对偏差。ρ(r)=ρog(r)3.液态金

6、属的X-射线衍射结构分析平均原子间距r1：对液体（或非晶固体），对应于g(r)第一峰的位置。r=r1表示参考原子至其周围第一配位层各原子的平均原子间距。3.液态金属的X-射线衍射结构分析径向分布函数—RDF：(radicaldistributionfunction）RDF=4πr2ρog(r)表示在r和r+dr之间的球壳中原子数的多少。图1-2稍高于熔点时液态碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)的径向分布函数(RDF)RDF=4πr2ρog(r),atoms/År,Å3.液态金属的X-射线衍射结构分析液

7、态铝“近程有序”——微晶和“长程无序”——液态结构3.液态金属的X-射线衍射结构分析配位数N1：表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）的原子数。配位数N1的求法：RDF第一峰之下的积分面积；N1与r1一起，被认为是液体最重要的结构参数，因为它们描绘了液体的原子排布情况。（四）液态金属的结构由物质熔化过程认识液体结构:物质熔化时体积变化﹑熵变(及焓变)一般均不大，金属熔化时典型的体积变化Vm/VS（Vm为熔化时的体积增量）为3~５%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其混乱度只是稍大于固体而远小于

8、气体的混乱度。金属熔化潜热Hm比其气化潜热Hb小得多，为1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。（四）液态金属的结构（四）液态金属的结构CrystalMatterStructureTypeTm(K)Vm/Vs(%)Sm(J.K-1.mol-1)Nabcc3702.67.03Scbcc3022.66.95Febcc/fcc18093.67.61Alfcc9316.911.6Agfcc12343.519.16Cufcc13