液态金属的物理特性优化方案：金属液态的物理特性

主要指：熔点和熔化热（结晶潜热），沸点和蒸发热，比热容，导热性，熔化容积变化和密度，粘度。

熔点和熔化热（结晶潜热）：纯金属在一定温度下熔化或凝固。但不同金属具有不同的熔点，如Cs为28.5℃，Al为660.2℃，Cu为1083℃，Fe为1535℃；铸造合金则有一定的熔化（结晶）温度范围。熔化温度范围的大小取决于合金的种类和化学成分，它影响合金液的流动性，铸件的结晶过程和宏观组织，因而也影响铸件的内在质量。不同金属的熔化热差别很大，如Na为2637J/mol，Al为10676J/mol，Fe为16161J/mol。

沸点和蒸发热：不同纯金属的沸点和蒸发热有差别。金属的熔点和沸点之间并无直接关系，如Zn的熔点为419.5℃，沸点906℃；而Fe的熔点为1535℃，沸点3070℃。从沸点的高低可估计出熔化过程中金属出现严重蒸发损耗的温度，供熔炼时参考。数据表明，金属的蒸发热远高于熔化热。如Fe的熔化热为16161J/mol，而蒸发热为354287J/mol。这也间接证明液态金属的结构与固态相似或接近，而和气态差别很大。

比热容：分为单位质量比热容和单位体积比热容，如Cu为468J/（kg·K）和3711MJ/（m³·K），（1100℃）；Al为1084J/（kg·K）和2509MJ/（m³·K），（800℃）。对铸造而言，人们更关心单位体积比热容。体积比热容高的金属在流经浇注系统时所受激冷程度较轻，容易充满型腔。比热容和熔化热小的合金，在结晶过程中铸件断面上的温度梯度大，不易出现缩松，易形成集中缩孔，因此凝固时需要补给更多的液态合金。

导热性：液态金属的热导率影响铸件结晶过程和断面上温度分布。热导率大的合金液，凝固期间铸件断面上温度梯度小，易引起缩松，但铸件热应力小。

熔化容积变化和密度：金属熔化时的容积变化率，在铸造术语中代之以金属凝固体收缩率。绝大多数金属在凝固时体积发生收缩。少数金属如Bi、Sb和凝固时析出石墨多的铸铁，在凝固时膨胀。容积变化和密度变化呈倒数关系，凝固时体积减小，密度就相应增大。金属及合金的凝固体收缩率及其特性，对获得健全而无缩孔、缩松的铸件至关重要。例如，Bi在凝固时体收缩率为-3.32%（即膨胀），Al为6.6%，灰铸铁和球墨铸铁依成分不同从1%到膨胀。合金的凝固体收缩率与合金种类、化学成分以及含气量多少有关。

动力粘度和运动粘度：合金液内有相对运动时，两层液体之间的内摩擦阻力F可用牛顿内摩擦定律描述

故

式中 η———动力粘度（Pa·s）；

F———两层液面之间的内摩擦阻力（N）；(www.xing528.com)

S———液层接触面积（m²）；

———速度梯度（s^-1）；

v———液体运动速度（m/s）；

x———两相对运动液层之间距离（m）。

由式（6-2）知，动力粘度的物理意义为：在面积为1m²的两层液体之间，其相对速度为1m/s，且相距为1m，当内摩擦力为1N时，该液体的动力粘度定义为1Pa·s（N·s/m²）。

在CGS制中动力粘度单位用g/（cm·s）或（dyne·s）/cm²表示，称为P（泊）。

运动粘度ν定义为动力粘度η除以密度ρ

在CGS制中动力粘度的单位为cm²/s，称为St（Stokes———司托克斯）。