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三、表面张力及其对成型过程的影响

１表面张力的实质

表面张力是表面上存在的一个平行于表面且各向大小相等的张力。表面张力是由于物质

在表面上的质点受力不均匀而产生的。对于液体和气体界面上的质点 （原子或分子），由于

液体的密度大于气体的密度，故气相对它的作用力远小于液体内部对它的作用力，使表面层

质点处于不平衡的力场之中。结果是表面层质点受到一个指向液体内部的力，使液体表面有

自动缩小的趋势。

从物理化学可知，表面自由能是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。设恒温、

恒压下表面自由能的增量为ΔＦ，表面自由能为σ。

（２）铸型性质的影响　铸件在铸型中的凝固是因铸型吸热而进行的。所以，任何铸件的

凝固速度都受铸型吸热速度的支配。铸型的吸热速度越大，则铸件的凝固速度越大，断面上

的温度场的梯度也就越大。铸型的蓄热系数 （ｂ２）越大，对铸件的冷却能力越强，铸件中的

温度梯度就越大。铸型预热温度越高，冷却作用就越小，铸件断面上的温度梯度也就越小。

（３）浇注条件的影响　液态金属的浇注温度很少超过液相线以上１００℃，因此，金属由

于过热所得到的热量比结晶潜热要小得多，一般不大于凝固期间放出的总热量的５％～６％。

但是，实验证明，在砂型铸造中非等到液态金属的所有过热量全部散失。

因此，实际金属和合金的液体结构中存在着两种起伏：一种是能

量起伏，表现为各个原子间能量的不同和各个原子集团间尺寸的不同；另一种是浓度起伏，

表现为各个原子集团之间成分的不同。

如果ＡＢ原子间的结合力较强，则足以在液体中形成新的化学键，在热运动的作用下，

出现时而化合，时而分解的分子，也可称为临时的不稳定化合物，或者在低温时化合，在高

温时分解。例如，硫在铁液中高温时可以完全溶解，而在较低温度下则可能析出ＦｅＳ。当

ＡＢ原子间或同类原子间结合非常强时，则可以形成比较强而稳定的结合，在液体中就出现

新的固相 （如氧在铝中形成Ａｌ２Ｏ３，氧与铁中的硅形成ＳｉＯ２ 等）或气相。