表面(mian)(mian)張力(li)是(shi)液態合(he)金(jin)(jin)重要(yao)的物性參(can)數(shu)，它(ta)不僅(jin)是(shi)研究界面(mian)(mian)反應動力(li)學(xue)的基礎，而且在金(jin)(jin)屬(shu)凝(ning)固過程(cheng)和鑄造合(he)金(jin)(jin)參(can)數(shu)的預測中起著重要(yao)作用(yong)，因此，研究液態合(he)金(jin)(jin)表面(mian)(mian)張力(li)的快速(su)檢(jian)測方法具有(you)重要(yao)的理論(lun)價(jia)值(zhi)和實際意義，然而，目前(qian)絕(jue)大多數(shu)方法都不能夠真(zhen)正實現(xian)液態合(he)金(jin)(jin)表面(mian)(mian)張力(li)的爐前(qian)快速(su)檢(jian)測。

本文在(zai)(zai)研究(jiu)(jiu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)新(xin)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)，研制(zhi)適合(he)(he)(he)于(yu)爐(lu)前(qian)快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)儀，并研究(jiu)(jiu)評價液(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)相關質(zhi)量(liang)參(can)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)新(xin)方(fang)法(fa)。研究(jiu)(jiu)內容主(zhu)要包括液(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)理(li)論分析(xi)(xi)及快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)新(xin)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)，爐(lu)前(qian)當(dang)(dang)(dang)量(liang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)儀的(de)(de)(de)研制(zhi)和(he)求解當(dang)(dang)(dang)量(liang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)數(shu)(shu)學模型(xing)的(de)(de)(de)建(jian)立(li)，鑄鐵(tie)石墨形(xing)態、鋁硅合(he)(he)(he)金(jin)(jin)變質(zhi)處理(li)效果、液(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)充型(xing)潛力(li)(li)等質(zhi)量(liang)參(can)數(shu)(shu)快(kuai)速(su)(su)評價的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)研究(jiu)(jiu)及相應評價模型(xing)的(de)(de)(de)建(jian)立(li)。研究(jiu)(jiu)結果表(biao)(biao)明，基于(yu)新(xin)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)當(dang)(dang)(dang)量(liang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)儀可在(zai)(zai)爐(lu)前(qian)快(kuai)速(su)(su)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)得液(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)當(dang)(dang)(dang)量(liang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)，并實時給(gei)出相應質(zhi)量(liang)參(can)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)非澆注性評價。通過分析(xi)(xi)最大氣(qi)泡壓力(li)(li)法(fa)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)原理(li)和(he)過程，認為(wei)精確測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)定毛細管插入液(ye)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)深度和(he)嚴格控制(zhi)吹出氣(qi)泡的(de)(de)(de)速(su)(su)度是氣(qi)泡最大壓力(li)(li)法(fa)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)關鍵，在(zai)(zai)此基礎(chu)上(shang)，系統(tong)研究(jiu)(jiu)了檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)液(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)新(xin)方(fang)法(fa)——氣(qi)泡幅頻當(dang)(dang)(dang)量(liang)法(fa)實施過程中(zhong)的(de)(de)(de)具體問題，為(wei)實現(xian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)(su)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)奠定了技術(shu)基礎(chu)。

通(tong)過(guo)對(dui)氣泡(pao)壓力(li)(li)(li)曲(qu)線(xian)影(ying)響因素的(de)分(fen)析和(he)試驗研究，確定(ding)了(le)求(qiu)解(jie)當(dang)量(liang)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)的(de)基本(ben)信息參(can)數和(he)基本(ben)數學模型(xing)，且毛(mao)細管內(nei)徑(jing)為1.8-2.2mm、外徑(jing)3.5-4.0mm、端口磨平、開(kai)口向上，出泡(pao)速(su)度(du)控(kong)制(zhi)在每秒2-3個(ge)氣泡(pao)，插(cha)入液(ye)體深度(du)在可(ke)10-20mm內(nei)變化。基于(yu)(yu)(yu)新方(fang)法(fa)研制(zhi)了(le)當(dang)量(liang)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)爐前(qian)快速(su)檢(jian)測(ce)儀，它采用電控(kong)電動(dong)方(fang)式工作，可(ke)在10秒鐘內(nei)測(ce)得(de)液(ye)態合(he)金的(de)當(dang)量(liang)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)和(he)溫(wen)度(du)值。分(fen)析了(le)信息參(can)數的(de)高精度(du)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，由于(yu)(yu)(yu)毛(mao)細管探(tan)頭屬一次性消耗品，設計的(de)自(zi)動(dong)升降和(he)鎖緊(jin)機構可(ke)方(fang)便的(de)鎖緊(jin)/松開(kai)探(tan)頭和(he)驅動(dong)探(tan)頭上下平穩運動(dong)。通(tong)過(guo)大(da)量(liang)實驗，建立了(le)當(dang)量(liang)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)的(de)求(qiu)解(jie)模型(xing)，將(jiang)該(gai)求(qiu)解(jie)模型(xing)固(gu)化于(yu)(yu)(yu)機內(nei)后(hou)，表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)快速(su)檢(jian)測(ce)儀爐前(qian)檢(jian)測(ce)液(ye)態合(he)金當(dang)量(liang)表面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)準確度(du)為：絕對(dui)誤差(cha)≤±15.0mN/m，相對(dui)誤差(cha)≤3.0%，溫(wen)度(du)的(de)準度(du)度(du)為：鑄鐵≤±2.5℃，鋁硅(gui)合(he)金≤±1℃。

根(gen)據晶體生長理(li)(li)論和相間張(zhang)力理(li)(li)論分析了(le)鑄鐵凝(ning)固(gu)過程中石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)形(xing)態(tai)與表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)，表(biao)(biao)明(ming)它們之間確(que)(que)實(shi)存(cun)(cun)在著一定(ding)的(de)(de)關系，完(wan)善了(le)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力評(ping)價鑄鐵石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)形(xing)態(tai)的(de)(de)理(li)(li)論基礎。實(shi)驗室條件下，通過對鑄鐵大(da)量(liang)(liang)試(shi)驗研究，建(jian)立了(le)當(dang)(dang)量(liang)(liang)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力評(ping)價鑄鐵石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)形(xing)態(tai)的(de)(de)評(ping)價模(mo)(mo)型，即：當(dang)(dang)量(liang)(liang)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力σe≤990mN/m時(shi)(shi)(shi)，石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)形(xing)態(tai)為完(wan)全(quan)(quan)的(de)(de)片(pian)狀(zhuang)(zhuang)；當(dang)(dang)990≤σe≤1108mN/m時(shi)(shi)(shi)，為片(pian)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)和蠕蟲(chong)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)共(gong)存(cun)(cun)；當(dang)(dang)1108≤σe≤1283mN/m時(shi)(shi)(shi)，為大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)蠕蟲(chong)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)和少(shao)量(liang)(liang)的(de)(de)球(qiu)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)共(gong)存(cun)(cun)；當(dang)(dang)1283≤σe≤1385mN/m時(shi)(shi)(shi)，為大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)球(qiu)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)和少(shao)量(liang)(liang)的(de)(de)蠕蟲(chong)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)共(gong)存(cun)(cun)；當(dang)(dang)σe≥1385mN/m時(shi)(shi)(shi)，為完(wan)全(quan)(quan)的(de)(de)球(qiu)狀(zhuang)(zhuang)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)(mo)。該模(mo)(mo)型的(de)(de)準確(que)(que)度(du)高于95%。從(cong)理(li)(li)論上分析了(le)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力評(ping)價鋁硅(gui)合(he)(he)金變(bian)(bian)質處理(li)(li)效(xiao)果的(de)(de)可行(xing)性，并(bing)從(cong)試(shi)驗上證實(shi)：變(bian)(bian)質劑(ji)是引起鋁硅(gui)合(he)(he)金當(dang)(dang)量(liang)(liang)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力變(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)主要因素，而溫度(du)對當(dang)(dang)量(liang)(liang)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)影響(xiang)較小。

通(tong)過(guo)二元共晶鋁硅合(he)金(jin)的(de)大量爐(lu)前實驗(yan)(yan)，建立了(le)當(dang)量表面(mian)張力(li)(li)快速評價鋁硅合(he)金(jin)變(bian)(bian)質(zhi)處(chu)(chu)理效果的(de)模型(xing)(xing)(xing)，即：當(dang)量表面(mian)張力(li)(li)σe≥530mN/m時(shi)，變(bian)(bian)質(zhi)處(chu)(chu)理效果為(wei)變(bian)(bian)質(zhi)不足，包括(kuo)(kuo)未(wei)變(bian)(bian)質(zhi)和部(bu)分(fen)變(bian)(bian)質(zhi)，相(xiang)當(dang)于AFS的(de)1-2級(ji)；當(dang)400≤σe≤530mN/m時(shi)，為(wei)變(bian)(bian)質(zhi)中等(deng)，相(xiang)當(dang)于AFS的(de)3-4級(ji)；當(dang)σe≤400mN/m時(shi)，為(wei)變(bian)(bian)質(zhi)完全，相(xiang)當(dang)于AFS的(de)5-6級(ji)。實驗(yan)(yan)證明，該(gai)模型(xing)(xing)(xing)的(de)準確度達到(dao)96%以(yi)上。通(tong)過(guo)合(he)金(jin)停止流動通(tong)用模型(xing)(xing)(xing)的(de)分(fen)析(xi)可(ke)知：表面(mian)張力(li)(li)與液(ye)態(tai)合(he)金(jin)充(chong)(chong)潛力(li)(li)(包括(kuo)(kuo)充(chong)(chong)型(xing)(xing)(xing)長度和充(chong)(chong)填(tian)尖角能(neng)力(li)(li))之間存(cun)在(zai)著固(gu)定的(de)關系(xi)，且在(zai)鑄型(xing)(xing)(xing)條件(jian)(jian)、澆注條件(jian)(jian)和鑄型(xing)(xing)(xing)(鑄件(jian)(jian))結構等(deng)不變(bian)(bian)的(de)前提下，可(ke)以(yi)用液(ye)態(tai)合(he)金(jin)的(de)當(dang)量表面(mian)張力(li)(li)預測充(chong)(chong)型(xing)(xing)(xing)潛力(li)(li)的(de)大小。

為(wei)了測試(shi)(shi)液(ye)(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的充(chong)(chong)型(xing)潛力(li)，改進了評價(jia)液(ye)(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)充(chong)(chong)型(xing)長(chang)(chang)度(du)(du)的裝置(zhi)，保證(zheng)澆注溫度(du)(du)和(he)靜壓(ya)頭(tou)壓(ya)力(li)恒定不(bu)變；設計了評價(jia)液(ye)(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)充(chong)(chong)填尖角(jiao)能(neng)力(li)的新裝置(zhi)，并提(ti)出了相(xiang)應(ying)的評價(jia)參(can)數和(he)計算方法。分別以HT200和(he)ZL102為(wei)例(li)，建立了液(ye)(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)當量表面(mian)張(zhang)力(li)與充(chong)(chong)型(xing)長(chang)(chang)度(du)(du)和(he)充(chong)(chong)填尖角(jiao)能(neng)力(li)的關系，為(wei)了提(ti)高測試(shi)(shi)精度(du)(du)，測試(shi)(shi)儀(yi)采用查表方法來預測液(ye)(ye)態合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的充(chong)(chong)型(xing)能(neng)力(li)，其充(chong)(chong)型(xing)長(chang)(chang)度(du)(du)預測結果的絕對誤(wu)差≤±10mm，充(chong)(chong)填尖角(jiao)能(neng)力(li)≤±3mm-1。