金属凝固原理(yuánlǐ)第液态金属的结构和性质§2-1液体的分类及其基本特征一、液体的分类·原子液体（如液态金属、液化(yèhuà)惰性气体）·分子液体（如极性与非极性分子液体）·离子液体（如各种简单的及复杂的熔盐）二、液体的表观(biǎoꞬuān)特征三、液体(yètǐ)的基本性质金属液体粘度(zhāndù)较大，而水几乎没有粘度(zhāndù)。一、液体与固体(gùtǐ)、气体结构比较液体：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(cúnzài)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二、目前研究液态金属结构的方法1.间接研究方法：研究金属熔化、汽化时的物理现象间接研究液态结构。·体积变化金属熔化后，体积一般膨胀4-7%（见表2-1），原子间距增大1.0～1.5%，而汽化后，体积膨胀为无限大，说明液态金属在低温时接近固态。·热量变化由表2-1可知(kězhī)，金属的熔化潜热只占汽化潜热的很小部分（<7.0%），说明其结构接近固态。/2.直接(zhíjiē)研究方法：通过液态金属X射线衍射分析来直接(zhíjiē)研究金属的液态结构。以700℃液态铝的X射线衍射结构分析为例（见图2-1）；X射线所得到液态和固态金属结构参数见表2-2。由图2-1和表2-2分析得出(déchū)：·液态金属中，原子间结合力仍很强，平均原子间距增加不大。·液态金属结构为“近程有序”，即由10几个至几百个原子形成的集团所组成，在每一个原子集团内原子排列是有序的。·原子集团的热运动很强，能量起伏大，原子集团是瞬时的，游动的。·原子集团之间的距离较大，存在“空穴”，“空穴”中可能有游离原子、杂质原子，也可能由裂纹或气泡构成。“空穴”也是瞬时的，游动的。·原子集团的平均尺寸和游动的速度与温度有关(yǒuguān)，温度越高，其平均尺寸越小，游动速度越快。图2-2为不同温度下，液态金属结构示意图。三、实际液态金属(jīnshǔ)的结构小结：液体金属的结构是由许多瞬时的、游动的、近程有序的原子(yuánzǐ)集团和空隙组成，原子(yuánzǐ)集团间存在能量起伏、结构起伏和浓度起伏。§2-3液态(yètài)金属（合金）的性质一、液态金属(jīnshǔ)（合金）的粘度1.液态(yètài)金属的粘度及其影响因素（1）粘度(zhāndù)的定义及意义由上式得：（2）影响(yǐngxiǎng)粘度的因素粘度随原子间距δ增大而降低（成反比）。实际金属液的原子间距δ也非定值，温度升高(shēnɡɡāo)，原子热振动加剧，原子间距增大，随之下降；与温度T的关系受两方面（正比(zhèngbǐ)的线性关系和负的指数关系）所共同制约，通常，总的趋势随温度T而下降（见下图）；a）液态Nib）液态Co图2-4液体的粘度与温度的关系（图中各曲线(qūxiàn)分别为不同研究者的研究结果）b.合金(héjīn)组元（成分）的影响：若混合热Hm为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升（Hm为负值表明反应为放热反应(fànꞬrèfǎnyìng)）若混合热Hm为正值，合金元素的增加会使合金液的粘度下降（Hm为正值表明反应为吸热反应）如：Fe-C合金中随C含量的增加，粘度下降。Al-Si合金中随Si含量的增加，粘度下降。它们均在共晶成分时粘度最低。液态合金中形成的夹杂物，均使粘度上升。如钢中的MnS、Al2O3、SiO2等。若溶质与溶剂在液态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，因为合金液中存在异类原子间较强的化学(huàxué)结合键。(1)流态对流动(liúdòng)阻力的影响：根据流体力学：当雷诺数Re＞2300时为紊流，Re＜2300时为层流圆形管道：f为流动(liúdòng)阻力系数：→∝→∝显然，粘度越大，流动(liúdòng)阻力愈大，在管道中输送相同体积的液体所消耗的能量就愈大，或者说所需压力差也就愈大。在相同的外力作用下，流速和流量越小，可能造成充不满铸型。(2)粘度(zhāndù)对成形件质量的影响影响钢铁(gāngtiě)材料的脱硫、脱磷、扩散脱氧:影响(yǐngxiǎng)精炼效果及夹杂或气孔的形成:粘度对铸件轮廓(lúnkuò)的清晰程度的影响:影响热裂、缩孔、缩松的形成(xíngchéng)倾向:二、液态(yètài)金属的表面张力1.表面张力(biǎomiànzhānglì)的实质（1）表面张力(biǎomiànzhānglì)及其产生的原因/表面张力是表面上平行于表面切线(qiēxiàn)方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的