三、表面張力及其對(duì)成型過程的影響

１表面張力的實(shí)質(zhì)

表面張力是表面上存在的一個(gè)平行于表面且各向大小相等的張力。表面張力是由于物質(zhì)

在表面上的質(zhì)點(diǎn)受力不均勻而產(chǎn)生的。對(duì)于液體和氣體界面上的質(zhì)點(diǎn) （原子或分子），由于

液體的密度大于氣體的密度，故氣相對(duì)它的作用力遠(yuǎn)小于液體內(nèi)部對(duì)它的作用力，使表面層

質(zhì)點(diǎn)處于不平衡的力場(chǎng)之中。結(jié)果是表面層質(zhì)點(diǎn)受到一個(gè)指向液體內(nèi)部的力，使液體表面有

自動(dòng)縮小的趨勢(shì)。

從物理化學(xué)可知，表面自由能是產(chǎn)生新的單位面積表面時(shí)系統(tǒng)自由能的增量。設(shè)恒溫、

恒壓下表面自由能的增量為ΔＦ，表面自由能為σ。

（２）鑄型性質(zhì)的影響　鑄件在鑄型中的凝固是因鑄型吸熱而進(jìn)行的。所以，任何鑄件的

凝固速度都受鑄型吸熱速度的支配。鑄型的吸熱速度越大，則鑄件的凝固速度越大，斷面上

的溫度場(chǎng)的梯度也就越大。鑄型的蓄熱系數(shù) （ｂ２）越大，對(duì)鑄件的冷卻能力越強(qiáng)，鑄件中的

溫度梯度就越大。鑄型預(yù)熱溫度越高，冷卻作用就越小，鑄件斷面上的溫度梯度也就越小。

（３）澆注條件的影響　液態(tài)金屬的澆注溫度很少超過液相線以上１００℃，因此，金屬由

于過熱所得到的熱量比結(jié)晶潛熱要小得多，一般不大于凝固期間放出的總熱量的５％～６％。

但是，實(shí)驗(yàn)證明，在砂型鑄造中非等到液態(tài)金屬的所有過熱量全部散失。

因此，實(shí)際金屬和合金的液體結(jié)構(gòu)中存在著兩種起伏：一種是能

量起伏，表現(xiàn)為各個(gè)原子間能量的不同和各個(gè)原子集團(tuán)間尺寸的不同；另一種是濃度起伏，

表現(xiàn)為各個(gè)原子集團(tuán)之間成分的不同。

如果ＡＢ原子間的結(jié)合力較強(qiáng)，則足以在液體中形成新的化學(xué)鍵，在熱運(yùn)動(dòng)的作用下，

出現(xiàn)時(shí)而化合，時(shí)而分解的分子，也可稱為臨時(shí)的不穩(wěn)定化合物，或者在低溫時(shí)化合，在高

溫時(shí)分解。例如，硫在鐵液中高溫時(shí)可以完全溶解，而在較低溫度下則可能析出ＦｅＳ。當(dāng)

ＡＢ原子間或同類原子間結(jié)合非常強(qiáng)時(shí)，則可以形成比較強(qiáng)而穩(wěn)定的結(jié)合，在液體中就出現(xiàn)

新的固相 （如氧在鋁中形成Ａｌ２Ｏ３，氧與鐵中的硅形成ＳｉＯ２ 等）或氣相。