第八章冶金材料物性測(cè)定課件

1、 黏度 研究高溫熔體的黏度，不僅能為冶金生產(chǎn)研究高溫熔體的黏度，不僅能為冶金生產(chǎn)提供必要的參數(shù)，而且也有助于揭示高溫熔體提供必要的參數(shù)，而且也有助于揭示高溫熔體微觀結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)。 液體流動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的粘滯性，是流體液體流動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的粘滯性，是流體各部分質(zhì)點(diǎn)間在流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的結(jié)果。各部分質(zhì)點(diǎn)間在流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的結(jié)果。在液體內(nèi)部，可以想象有無(wú)數(shù)多互相平行的液在液體內(nèi)部，可以想象有無(wú)數(shù)多互相平行的液層存在，層存在，在相鄰二液層間若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由在相鄰二液層間若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于分子間力的存在，于分子間力的存在，則沿液層平面產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻則沿液層平面產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力，這樣作用就是液體的

2、內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)力，這樣作用就是液體的內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)就是液體的黏性。就是液體的黏性。 第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.1 熔體黏度熔體黏度 的測(cè)定的測(cè)定8.1.1 黏度定義黏度定義8.1.2 測(cè)定方法測(cè)定方法8.2 表面張力表面張力 測(cè)定測(cè)定8.3 密度測(cè)定密度測(cè)定 3.1.2 黏度黏度的測(cè)定方法的測(cè)定方法細(xì)管法旋轉(zhuǎn)柱體法扭擺振動(dòng)法垂直振動(dòng)法升球法 在液體黏度的測(cè)定方法中，均以層流狀在液體黏度的測(cè)定方法中，均以層流狀態(tài)為理論基礎(chǔ)。態(tài)為理論基礎(chǔ)。 主要有以下幾種方法：主要有以下幾種方法：細(xì)管法細(xì)管法旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法垂直振動(dòng)法垂直振動(dòng)法升球法升球法

3、第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.1 熔體黏度熔體黏度 的測(cè)定的測(cè)定8.1.1 黏度定義黏度定義8.1.2 測(cè)定方法測(cè)定方法8.2 表面張力表面張力 測(cè)定測(cè)定8.3 密度測(cè)定密度測(cè)定 1. 細(xì)管法細(xì)管法 泊肅葉定律泊肅葉定律 適于測(cè)量黏度值范圍在適于測(cè)量黏度值范圍在102Pas以下的熔體，以下的熔體，是以泊肅葉定律為理論基礎(chǔ)的測(cè)定液體黏度的方是以泊肅葉定律為理論基礎(chǔ)的測(cè)定液體黏度的方法。根據(jù)泊肅葉定律法。根據(jù)泊肅葉定律 式中：式中：動(dòng)力黏度，動(dòng)力黏度，Pas； R管道的內(nèi)半徑，管道的內(nèi)半徑，m； L選取流體元的長(zhǎng)度，選取流體元的長(zhǎng)度，m； 選取流體元左右兩端的壓力選取流體元左右

4、兩端的壓力 差，差，Pa。 在在t時(shí)間流體流過(guò)的總體積時(shí)間流體流過(guò)的總體積 式式(8.1)指出了流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)體積流量與流指出了流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)體積流量與流 體黏度的關(guān)系。體黏度的關(guān)系。4128tRtVL21(8.1)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定tV 1. 細(xì)管法細(xì)管法1）水平毛細(xì)）水平毛細(xì)管黏度計(jì)管黏度計(jì) 2）垂直毛細(xì)）垂直毛細(xì)管黏度計(jì)管黏度計(jì) 裝置裝置8-1用石英玻璃制成，毛細(xì)管用石英玻璃制成，毛細(xì)管2內(nèi)徑為內(nèi)徑為0.4mm，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為175mm，3為已知容積。如測(cè)金屬黏為已知容積。如測(cè)金屬黏度，首先由度，首先由7將金屬試樣加到樣品容器將金屬試樣加到樣品容器5內(nèi)，打開真

5、內(nèi)，打開真空活塞空活塞6將體系抽至真空，然后將裝置伸入高溫爐將體系抽至真空，然后將裝置伸入高溫爐4的恒溫帶中加熱，待樣品熔化并達(dá)到所需溫度恒溫的恒溫帶中加熱，待樣品熔化并達(dá)到所需溫度恒溫后，傾斜爐體，使金屬熔體流經(jīng)后，傾斜爐體，使金屬熔體流經(jīng)3和和2而進(jìn)入而進(jìn)入1。然。然后向相反方向傾斜爐體，使金屬熔體重新流回已知后向相反方向傾斜爐體，使金屬熔體重新流回已知容積容積3，通過(guò)爐子另一端石英窗觀察，使液面略高，通過(guò)爐子另一端石英窗觀察，使液面略高于已知容積上部刻線于已知容積上部刻線a后，立即將爐子恢復(fù)水平，后，立即將爐子恢復(fù)水平，此時(shí)金屬熔體靠自身重力而流人毛細(xì)管，用秒表準(zhǔn)此時(shí)金屬熔體靠自身重力而

6、流人毛細(xì)管，用秒表準(zhǔn)確記錄熔體液面流經(jīng)已知容積確記錄熔體液面流經(jīng)已知容積3上下刻線加所需的上下刻線加所需的時(shí)間時(shí)間t，由（，由（8.2）式可求得熔體的黏度值。）式可求得熔體的黏度值。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定tnRLmVtnRLVgHR8)(84式中：式中：R毛細(xì)管半徑；毛細(xì)管半徑； V已知容積；已知容積； t 熔體流過(guò)已知容積的時(shí)間熔體流過(guò)已知容積的時(shí)間 熔體密度；熔體密度； L毛細(xì)管長(zhǎng)度；毛細(xì)管長(zhǎng)度； m，n修正系數(shù)；修正系數(shù)； g重力加速度；重力加速度； H試料下落高度。試料下落高度。 第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定 1. 細(xì)管法細(xì)管法1）水平毛細(xì)管黏

7、度計(jì)2）垂直毛細(xì)管黏度計(jì)(8.2) 垂直毛細(xì)管黏度計(jì) 裝置裝置8-2用耐熱玻璃制成。試料在玻璃容器用耐熱玻璃制成。試料在玻璃容器底部熔化，用負(fù)壓將熔體抽進(jìn)毛細(xì)管和熔體儲(chǔ)底部熔化，用負(fù)壓將熔體抽進(jìn)毛細(xì)管和熔體儲(chǔ)存器中。熔體吸入高度用鉑接點(diǎn)探針存器中。熔體吸入高度用鉑接點(diǎn)探針3和和4指示。指示。當(dāng)去掉負(fù)壓后，熔體靠自身重力下降。若事先當(dāng)去掉負(fù)壓后，熔體靠自身重力下降。若事先準(zhǔn)確測(cè)定儲(chǔ)存器的容積并測(cè)得熔體流過(guò)該容積準(zhǔn)確測(cè)定儲(chǔ)存器的容積并測(cè)得熔體流過(guò)該容積的時(shí)間，便可用公式（的時(shí)間，便可用公式（8.2）計(jì)算熔體在該溫度）計(jì)算熔體在該溫度下的黏度值。下的黏度值。 1. 細(xì)管法細(xì)管法1）水平毛細(xì)）水平毛細(xì)

8、管黏度計(jì)管黏度計(jì)2）垂直毛細(xì)）垂直毛細(xì)管黏度計(jì)管黏度計(jì)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定2.旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法方法原理方法原理 旋轉(zhuǎn)柱體法裝置是由兩個(gè)半徑不等的同心體旋轉(zhuǎn)柱體法裝置是由兩個(gè)半徑不等的同心體（或圓筒）組成，如圖（或圓筒）組成，如圖8-3所示。外柱為空心圓所示。外柱為空心圓筒（坩堝）。在內(nèi)外柱體之間充以待測(cè)黏度的液筒（坩堝）。在內(nèi)外柱體之間充以待測(cè)黏度的液體，當(dāng)外力使二柱體之一勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而另一柱體靜體，當(dāng)外力使二柱體之一勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而另一柱體靜止不動(dòng)時(shí)，則在兩柱體之間的徑向距離上的液體止不動(dòng)時(shí)，則在兩柱體之間的徑向距離上的液體內(nèi)部出現(xiàn)了速度梯度，于是在液體內(nèi)部便產(chǎn)生了內(nèi)部出

9、現(xiàn)了速度梯度，于是在液體內(nèi)部便產(chǎn)生了內(nèi)摩擦。由于內(nèi)摩擦力作用，在旋轉(zhuǎn)柱體上加一內(nèi)摩擦。由于內(nèi)摩擦力作用，在旋轉(zhuǎn)柱體上加一個(gè)切應(yīng)力，利用測(cè)量此應(yīng)力可計(jì)算液體的黏度值。個(gè)切應(yīng)力，利用測(cè)量此應(yīng)力可計(jì)算液體的黏度值。旋轉(zhuǎn)柱體法第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定2.旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法用旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)量黏度要求用旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)量黏度要求（1）體液應(yīng)處于層流狀態(tài)）體液應(yīng)處于層流狀態(tài)（2）樣品必須均勻）樣品必須均勻（3）液體與內(nèi)外柱體間無(wú)滑動(dòng)摩擦）液體與內(nèi)外柱體間無(wú)滑動(dòng)摩擦（4）無(wú)化學(xué)反應(yīng)）無(wú)化學(xué)反應(yīng)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定2. 旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法1)內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法

10、2)外柱體旋轉(zhuǎn)法 內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法裝置內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法裝置8-4測(cè)量黏度公式：測(cè)量黏度公式：式中式中d1，d2 內(nèi)外柱體直徑內(nèi)外柱體直徑 m，使內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)的荷重質(zhì)量，使內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)的荷重質(zhì)量 f，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的摩擦力，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的摩擦力 r，連接滑輪半徑，連接滑輪半徑 N，內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)速度，內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)速度 g，重力加速度，重力加速度 h，內(nèi)柱體浸沒(méi)深度，內(nèi)柱體浸沒(méi)深度式中除了（式中除了（m-f），），N外其他參數(shù)均可用已知黏度液體標(biāo)定。外其他參數(shù)均可用已知黏度液體標(biāo)定。 適于測(cè)定適于測(cè)定5107Pas范圍內(nèi)高黏度的液體黏度，精度可范圍內(nèi)高黏度的液體黏度，精度可達(dá)達(dá)5.2。2221211/2mfgrNhdd(8.

11、3)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定2. 旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法1) 內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法2) 外柱體旋轉(zhuǎn)法外柱體旋轉(zhuǎn)法 所謂外旋轉(zhuǎn)柱體，就是指盛熔體的坩堝，所謂外旋轉(zhuǎn)柱體，就是指盛熔體的坩堝，故這種方法也稱為坩堝旋轉(zhuǎn)法故這種方法也稱為坩堝旋轉(zhuǎn)法，圖圖8-5 是是外旋轉(zhuǎn)柱體法裝置圖。外旋轉(zhuǎn)柱體法裝置圖。 當(dāng)外柱體以外力加一轉(zhuǎn)矩使其以一定角速當(dāng)外柱體以外力加一轉(zhuǎn)矩使其以一定角速度度w轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則由于液體的內(nèi)摩擦力而施加于轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則由于液體的內(nèi)摩擦力而施加于內(nèi)柱體以扭轉(zhuǎn)力矩，使吊絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)柱內(nèi)柱體以扭轉(zhuǎn)力矩，使吊絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)柱體所受的扭轉(zhuǎn)力矩與吊絲的平衡扭矩相等時(shí)，體所受的

12、扭轉(zhuǎn)力矩與吊絲的平衡扭矩相等時(shí)，則吊絲的扭轉(zhuǎn)角度不變，可計(jì)算出液體黏度。則吊絲的扭轉(zhuǎn)角度不變，可計(jì)算出液體黏度。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.1.2.2旋轉(zhuǎn)柱體法 內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法 外柱體旋轉(zhuǎn)法外柱體旋轉(zhuǎn)法外旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)量液體黏度公式外旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)量液體黏度公式式中，式中， 吊絲扭轉(zhuǎn)角度吊絲扭轉(zhuǎn)角度 G，吊絲彈性系數(shù)，吊絲彈性系數(shù) JP，吊絲極性慣量矩，吊絲極性慣量矩， l，吊絲長(zhǎng)度，吊絲長(zhǎng)度 d，吊絲直徑，吊絲直徑 R，r，外內(nèi)柱體半徑，外內(nèi)柱體半徑 h，內(nèi)柱體浸沒(méi)深度，內(nèi)柱體浸沒(méi)深度式中除了式中除了 ， 外其他參數(shù)均可用已知黏度液體標(biāo)定。外其他參數(shù)均可用已知黏度液體標(biāo)定。

13、要求保證內(nèi)外柱體的同軸性。要求保證內(nèi)外柱體的同軸性。22224PGJRrhR rl32PdJ(8.4)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定2. 旋轉(zhuǎn)柱體法旋轉(zhuǎn)柱體法1) 內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法2) 外柱體旋轉(zhuǎn)法外柱體旋轉(zhuǎn)法3. 扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法 對(duì)于低黏度液體（如液態(tài)金屬和熔鹽）黏度的測(cè)定，對(duì)于低黏度液體（如液態(tài)金屬和熔鹽）黏度的測(cè)定，廣泛采用扭擺振動(dòng)黏度基于阻尼振動(dòng)的對(duì)數(shù)衰減率與阻尼廣泛采用扭擺振動(dòng)黏度基于阻尼振動(dòng)的對(duì)數(shù)衰減率與阻尼介質(zhì)黏度的定量關(guān)系。介質(zhì)黏度的定量關(guān)系。8-6是阻尼振動(dòng)示意圖。，用一根是阻尼振動(dòng)示意圖。，用一根彈性吊絲，上端固定不動(dòng)，下端掛一重物，成一懸吊系

14、統(tǒng)。彈性吊絲，上端固定不動(dòng)，下端掛一重物，成一懸吊系統(tǒng)。當(dāng)繞軸線外加一力矩使吊絲扭轉(zhuǎn)某一角度，去掉力矩后，當(dāng)繞軸線外加一力矩使吊絲扭轉(zhuǎn)某一角度，去掉力矩后，則重物在吊絲彈性力作用下，繞軸線往復(fù)振動(dòng)。若介質(zhì)摩則重物在吊絲彈性力作用下，繞軸線往復(fù)振動(dòng)。若介質(zhì)摩擦與吊絲自身內(nèi)摩擦力不計(jì)，則系統(tǒng)做等幅的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，擦與吊絲自身內(nèi)摩擦力不計(jì)，則系統(tǒng)做等幅的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，即每次振動(dòng)的最大扭轉(zhuǎn)角不變。若將重物深入液體中，上即每次振動(dòng)的最大扭轉(zhuǎn)角不變。若將重物深入液體中，上述振動(dòng)狀態(tài)受到液體內(nèi)摩擦力的阻尼作用，迫使振幅逐漸述振動(dòng)狀態(tài)受到液體內(nèi)摩擦力的阻尼作用，迫使振幅逐漸衰減，直至振幅為零而振動(dòng)停止。衰減，直至振幅

15、為零而振動(dòng)停止。 通過(guò)振幅測(cè)量計(jì)算對(duì)數(shù)衰減率是扭擺振動(dòng)法測(cè)量液體通過(guò)振幅測(cè)量計(jì)算對(duì)數(shù)衰減率是扭擺振動(dòng)法測(cè)量液體黏度的基礎(chǔ)。黏度的基礎(chǔ)。 第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3. 扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法 對(duì)于低黏度液體（如液態(tài)金屬和熔鹽）對(duì)于低黏度液體（如液態(tài)金屬和熔鹽）黏度的測(cè)定，廣泛采用扭擺振動(dòng)黏度基于黏度的測(cè)定，廣泛采用扭擺振動(dòng)黏度基于阻尼振動(dòng)的對(duì)數(shù)衰減率與阻尼介質(zhì)黏度的阻尼振動(dòng)的對(duì)數(shù)衰減率與阻尼介質(zhì)黏度的定量關(guān)系。定量關(guān)系。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定

16、3. 扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法1) 柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法2) 圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法3) 球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法4) 坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法 8-7是柱體扭擺振動(dòng)法裝置示意圖。是柱體扭擺振動(dòng)法裝置示意圖。 用一彈性吊絲，上端固定不動(dòng)，下端用一彈性吊絲，上端固定不動(dòng)，下端懸掛慣性體、連桿和柱體，連桿上固定一懸掛慣性體、連桿和柱體，連桿上固定一反射鏡反射鏡 。柱體插入盛在圓筒形坩堝的液體。柱體插入盛在圓筒形坩堝的液體試料中，坩堝置于高溫爐內(nèi)加熱到實(shí)驗(yàn)溫試料中，坩堝置于高溫爐內(nèi)加熱到實(shí)驗(yàn)溫度。用外力給懸吊系統(tǒng)以外力矩，使吊絲度。用外力給懸吊系統(tǒng)以外力矩，使吊絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)，達(dá)一定角

17、度后，去掉外力矩，發(fā)生扭轉(zhuǎn)，達(dá)一定角度后，去掉外力矩，柱體便在吊絲扭力、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和試料柱體便在吊絲扭力、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和試料對(duì)柱體的黏制阻力作用下，作阻尼衰減振對(duì)柱體的黏制阻力作用下，作阻尼衰減振動(dòng)。動(dòng)。圖圖87 柱體扭擺振動(dòng)法示意圖柱體扭擺振動(dòng)法示意圖第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3. 扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法1) 柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法2) 圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法3) 球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法4) 坩堝扭擺振動(dòng)坩堝扭擺振動(dòng)法法 式中：式中：液體部度；液體部度； 對(duì)數(shù)衰減率；對(duì)數(shù)衰減率； I系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； D單位扭轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩；單位扭轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩； K

18、常數(shù)。常數(shù)。 可測(cè)的黏度的范圍約為可測(cè)的黏度的范圍約為 0.005180Pas。KDI21(8.5)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.1.2.3扭擺振扭擺振動(dòng)法動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法 使用高熔點(diǎn)金屬或耐火材料做成圓盤，使用高熔點(diǎn)金屬或耐火材料做成圓盤，用連桿連接后浸入高溫待測(cè)熔體中，用連桿連接后浸入高溫待測(cè)熔體中，8-8為為此法懸吊系統(tǒng)二圖例此法懸吊系統(tǒng)二圖例 圓盤扭擺振動(dòng)法計(jì)算黏度公式圓盤扭擺振動(dòng)法計(jì)算黏度公式 圓盤在熔體中對(duì)數(shù)衰減率圓盤在熔體中對(duì)數(shù)衰減率 0圓盤在空氣中的對(duì)數(shù)衰減率圓盤在空氣中的對(duì)數(shù)衰減率c1、c2、c3儀

19、器常數(shù)，與圓盤浸沒(méi)深度和端儀器常數(shù)，與圓盤浸沒(méi)深度和端面縫隙大小有關(guān)。一般用已知黏度液體進(jìn)行面縫隙大小有關(guān)。一般用已知黏度液體進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定。 此法適用于大部分液態(tài)金屬和熔鹽。此法適用于大部分液態(tài)金屬和熔鹽。 測(cè)量時(shí)要特別注意連桿與液面接觸處不測(cè)量時(shí)要特別注意連桿與液面接觸處不應(yīng)有氧化層與浮渣。應(yīng)有氧化層與浮渣。120123ccc(8.6)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法1) 柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法2) 圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法3) 球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法4) 坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法3.1.2.3扭擺振扭擺振動(dòng)法動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法圓盤

20、扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法 使用高熔點(diǎn)金屬或耐火材料做成球體，使用高熔點(diǎn)金屬或耐火材料做成球體，用連桿連接與吊絲連接，吊絲上端不動(dòng)，組用連桿連接與吊絲連接，吊絲上端不動(dòng)，組成一懸吊系統(tǒng)。用外力矩使球體扭擺，球體成一懸吊系統(tǒng)。用外力矩使球體扭擺，球體在熔體的黏制阻力作用下作阻尼衰減振動(dòng)。在熔體的黏制阻力作用下作阻尼衰減振動(dòng)。測(cè)定其對(duì)數(shù)衰減率以計(jì)算熔體黏度。測(cè)定其對(duì)數(shù)衰減率以計(jì)算熔體黏度。 球體扭擺振動(dòng)法計(jì)算黏度公式球體扭擺振動(dòng)法計(jì)算黏度公式 圓盤在熔體中對(duì)數(shù)衰減率圓盤在熔體中對(duì)數(shù)衰減率 0 圓盤在空氣中的對(duì)數(shù)衰減率圓盤在空氣中的對(duì)數(shù)衰減率 振動(dòng)周期振動(dòng)周期 熔體密度熔體

21、密度c1、c2、c3儀器常數(shù)，與圓盤浸沒(méi)深度和端面儀器常數(shù)，與圓盤浸沒(méi)深度和端面縫隙大小有關(guān)。一般用已知黏度液體進(jìn)行標(biāo)縫隙大小有關(guān)。一般用已知黏度液體進(jìn)行標(biāo)定。定。120123ccc (8.7)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法1) 柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法2) 圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法3) 球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法4) 坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法3.1.2.3扭擺振扭擺振動(dòng)法動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法 8-9是坩堝扭擺振動(dòng)法的裝置示意圖。在是坩堝扭擺振動(dòng)法的裝置示意圖。在測(cè)定黏度時(shí)，用外力矩使懸

22、吊坩堝扭擺啟動(dòng)，測(cè)定黏度時(shí)，用外力矩使懸吊坩堝扭擺啟動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)達(dá)一定振幅后去掉外力矩，開始扭擺當(dāng)振動(dòng)達(dá)一定振幅后去掉外力矩，開始扭擺振動(dòng)，由于熔體的內(nèi)摩擦力作用，系統(tǒng)作阻振動(dòng)，由于熔體的內(nèi)摩擦力作用，系統(tǒng)作阻尼振動(dòng)，其對(duì)數(shù)衰減率與熔體黏度保持一定尼振動(dòng)，其對(duì)數(shù)衰減率與熔體黏度保持一定的關(guān)系，于是便可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)衰減率的測(cè)的關(guān)系，于是便可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)衰減率的測(cè)定，計(jì)算出熔體的黏度值。定，計(jì)算出熔體的黏度值。 黏度測(cè)量范圍為黏度測(cè)量范圍為0.lmPas50mPas。 第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.扭擺振動(dòng)法扭擺振動(dòng)法1)柱體扭擺振動(dòng)法柱體扭擺振動(dòng)法2)圓盤扭擺振動(dòng)法圓盤扭擺振動(dòng)

23、法3)球體扭擺振動(dòng)法球體扭擺振動(dòng)法4)坩堝扭擺振動(dòng)法坩堝扭擺振動(dòng)法4. 升球法升球法 8-10是是 拉球法裝置，該法是基于測(cè)量小拉球法裝置，該法是基于測(cè)量小球在粘性流體中的運(yùn)動(dòng)速度獲得黏度。球在粘性流體中的運(yùn)動(dòng)速度獲得黏度。 基本公式是斯托克斯公式基本公式是斯托克斯公式式中：式中：mb，m1分別為小球的質(zhì)量及小球分別為小球的質(zhì)量及小球所排開的同體積熔體的質(zhì)量；所排開的同體積熔體的質(zhì)量； g重力加速度；重力加速度； r小球的半徑；小球的半徑； v小球在黏性流體中的運(yùn)動(dòng)速度。小球在黏性流體中的運(yùn)動(dòng)速度。 vmmrgb16 (8.8)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定4. 升球法升球法

24、Kmt對(duì)于相對(duì)測(cè)量，上式可寫成對(duì)于相對(duì)測(cè)量，上式可寫成 式中：式中：m天平右盤所加的砝碼質(zhì)量；天平右盤所加的砝碼質(zhì)量； t小球移動(dòng)一定距離的時(shí)間；小球移動(dòng)一定距離的時(shí)間； K儀器常數(shù)，用標(biāo)樣標(biāo)定得到。儀器常數(shù)，用標(biāo)樣標(biāo)定得到。 小球上升一定距離所需的時(shí)間等于天平指小球上升一定距離所需的時(shí)間等于天平指針從左邊某一位置偏轉(zhuǎn)到右邊某一位置的時(shí)針從左邊某一位置偏轉(zhuǎn)到右邊某一位置的時(shí)間。間。(8.9)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2 表面張表面張 力測(cè)定力測(cè)定8.2.1 表面張力表面張力 的定義的定義8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法表面張力的定義：表面張力的定義： 液體表面層的質(zhì)點(diǎn)（分子

25、、原子或離子）液體表面層的質(zhì)點(diǎn)（分子、原子或離子）受到一個(gè)指向液體內(nèi)部的合力的作用，若要增受到一個(gè)指向液體內(nèi)部的合力的作用，若要增大液體的表面積，就要反抗這個(gè)指向液體內(nèi)部大液體的表面積，就要反抗這個(gè)指向液體內(nèi)部的合力而作功?？梢姡后w表面層的質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)的合力而作功?？梢?，液體表面層的質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)具有較多的能量，這個(gè)多余的能量稱部的質(zhì)點(diǎn)具有較多的能量，這個(gè)多余的能量稱為表面能。它也可以看成液體表面經(jīng)受有切向?yàn)楸砻婺堋Ｋ部梢钥闯梢后w表面經(jīng)受有切向力的作用，該切向力力圖使表面積縮小，這種力的作用，該切向力力圖使表面積縮小，這種切應(yīng)力稱做表面張力，其單位是切應(yīng)力稱做表面張力，其單位是N/m或或mN

26、/m，并用并用表示。表示。 任何兩相間的界面都存在著這樣的表面張任何兩相間的界面都存在著這樣的表面張力，習(xí)慣上將凝聚相與氣相之間的這種力稱做力，習(xí)慣上將凝聚相與氣相之間的這種力稱做表面張力，而兩凝聚相之間的這種力則稱作界表面張力，而兩凝聚相之間的這種力則稱作界面張力。面張力。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2 表面張表面張 力測(cè)定力測(cè)定8.2.1 表面張力表面張力 的定義的定義8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法 表面張力是熔體的重要物理性質(zhì)之一。在表面張力是熔體的重要物理性質(zhì)之一。在金屬的冶煉過(guò)程中，液態(tài)金屬、熔渣、熔鹽和金屬的冶煉過(guò)程中，液態(tài)金屬、熔渣、熔鹽和熔锍的表面性質(zhì)，以及

27、它們之間的界面性質(zhì)，熔锍的表面性質(zhì)，以及它們之間的界面性質(zhì)，在許多情況下都起著非常重要的作用。下面就在許多情況下都起著非常重要的作用。下面就介紹幾種測(cè)定熔體表面張力的方法。介紹幾種測(cè)定熔體表面張力的方法。動(dòng)力學(xué)方法：動(dòng)力學(xué)方法：是以測(cè)量某一過(guò)程特征的數(shù)值來(lái)是以測(cè)量某一過(guò)程特征的數(shù)值來(lái) 計(jì)算表面張力。計(jì)算表面張力。靜力學(xué)方法：靜力學(xué)方法：是以測(cè)量某一狀態(tài)下的某些特定是以測(cè)量某一狀態(tài)下的某些特定 數(shù)值來(lái)計(jì)算表面張力。數(shù)值來(lái)計(jì)算表面張力。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2 表面張表面張 力測(cè)定力測(cè)定8.2.1 表面張力表面張力 的定義的定義8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法動(dòng)力學(xué)方法包括

28、：動(dòng)力學(xué)方法包括：毛細(xì)管波法、振動(dòng)滴法毛細(xì)管波法、振動(dòng)滴法靜力學(xué)方法包括：靜力學(xué)方法包括：毛細(xì)管上升法、拉筒法、氣毛細(xì)管上升法、拉筒法、氣 泡泡 最大壓力法、靜滴法、最大壓力法、靜滴法、 懸滴法、滴重法等懸滴法、滴重法等 通常對(duì)液態(tài)金屬熔鹽和熔渣，常用的是通常對(duì)液態(tài)金屬熔鹽和熔渣，常用的是氣泡最大壓力法和靜滴法。對(duì)硅酸鹽玻璃體系氣泡最大壓力法和靜滴法。對(duì)硅酸鹽玻璃體系常用拉筒法和滴重法。常用拉筒法和滴重法。 第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法1. 氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程 原理如圖原理如圖8-11

29、1.1.將毛細(xì)管插入液體一定深度將毛細(xì)管插入液體一定深度h h；2.2.向毛細(xì)管緩緩吹氣，管內(nèi)液體被排出管向毛細(xì)管緩緩吹氣，管內(nèi)液體被排出管 外，隨后在管口處形成氣泡并不斷長(zhǎng)大。外，隨后在管口處形成氣泡并不斷長(zhǎng)大。3.3.氣泡在成長(zhǎng)過(guò)程中，其內(nèi)部壓力氣泡在成長(zhǎng)過(guò)程中，其內(nèi)部壓力P P與液體與液體 靜壓力及液體表面張力的合力保持動(dòng)態(tài)平靜壓力及液體表面張力的合力保持動(dòng)態(tài)平 衡，直至這種平衡被破壞，氣泡脫離管口衡，直至這種平衡被破壞，氣泡脫離管口 而浮出液面。而浮出液面。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定3.2.2 測(cè)定方法氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

30、3.2.4 靜滴法1）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理 設(shè)液體密度為設(shè)液體密度為，表面張力為，表面張力為，氣泡，氣泡半徑為半徑為r ,應(yīng)有下面關(guān)系式成立：應(yīng)有下面關(guān)系式成立：2rghP 所示所示3種氣泡狀態(tài)，只有狀態(tài)種氣泡狀態(tài)，只有狀態(tài)2的氣泡半的氣泡半徑為最小，此時(shí)氣泡半徑與毛細(xì)管半徑徑為最小，此時(shí)氣泡半徑與毛細(xì)管半徑r相相等，顯然氣泡內(nèi)壓力達(dá)到最大值，即等，顯然氣泡內(nèi)壓力達(dá)到最大值，即rghP2max(8.10)(8.11)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法1. 氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

31、3.2.2 測(cè)定方法氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.2.4 靜滴法1）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理 式中式中 是壓力計(jì)中液柱高度，是壓力計(jì)中液柱高度， 是壓力計(jì)是壓力計(jì)中工作液體的密度。氣泡內(nèi)最大壓力將是中工作液體的密度。氣泡內(nèi)最大壓力將是(8.12)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法1.氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程 如果用開口液體壓力計(jì)來(lái)測(cè)定氣體的如果用開口液體壓力計(jì)來(lái)測(cè)定氣體的壓力，壓力， ghp22ghrgh222ghhr)(222(8.13)2h2

32、3.2.2 測(cè)定方法氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程靜滴法1）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理 氣泡最大壓力法的裝置由高溫爐、氣泡最大壓力法的裝置由高溫爐、毛細(xì)管及其升降機(jī)構(gòu)、測(cè)壓設(shè)備和毛細(xì)管及其升降機(jī)構(gòu)、測(cè)壓設(shè)備和氣體凈化部分四部分組成，如圖氣體凈化部分四部分組成，如圖8-12所示：所示：第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法1.氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.2.2 測(cè)定方法氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.2.4 靜滴法1

33、）原理2）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理 1.加熱加熱2.送管送管3.調(diào)閥調(diào)閥4.讀數(shù)讀數(shù)5.送管送管6.讀數(shù)讀數(shù)第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法1. 氣泡最大壓力法氣泡最大壓力法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法2. 靜滴法靜滴法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理）數(shù)據(jù)處理 靜滴法可用于測(cè)定熔體表面張力和密度，靜滴法可用于測(cè)定熔體表面張力和密度，也可測(cè)定熔體與固體之間的接觸角。由于靜也可測(cè)定熔體與固體之間的接觸角。由于靜滴法裝置相對(duì)于氣泡最大壓力法裝置易于抽滴法裝置相對(duì)于

34、氣泡最大壓力法裝置易于抽真空，同時(shí)該法要求水平墊片材質(zhì)與被測(cè)熔真空，同時(shí)該法要求水平墊片材質(zhì)與被測(cè)熔體不潤(rùn)濕。所以，靜滴法更適用于液態(tài)金屬體不潤(rùn)濕。所以，靜滴法更適用于液態(tài)金屬和密度的測(cè)定和密度的測(cè)定 。 靜滴法的特點(diǎn)是設(shè)備易實(shí)現(xiàn)高真空，特靜滴法的特點(diǎn)是設(shè)備易實(shí)現(xiàn)高真空，特別適用于液態(tài)金屬的測(cè)定。但對(duì)熔渣、熔鹽，別適用于液態(tài)金屬的測(cè)定。但對(duì)熔渣、熔鹽，由于較難找到既不與熔體潤(rùn)濕，又不與熔體由于較難找到既不與熔體潤(rùn)濕，又不與熔體反應(yīng)的墊片，因而應(yīng)用較少。靜滴法的附屬反應(yīng)的墊片，因而應(yīng)用較少。靜滴法的附屬設(shè)備多，操作和計(jì)算均較復(fù)雜。設(shè)備多，操作和計(jì)算均較復(fù)雜。第八章第八章 冶金材料物性測(cè)定冶金材料物性測(cè)定8.2.2 測(cè)定方法測(cè)定方法2. 靜滴法靜滴法1）原理）原理2）裝置圖）裝置圖3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程）實(shí)驗(yàn)過(guò)程4）數(shù)據(jù)處理）數(shù)據(jù)處理 液滴在不潤(rùn)濕的水平墊片上的形狀如圖液滴在不潤(rùn)濕的水平墊片上的形狀如圖8-13所示。該形狀是由兩種力相互平衡所決所示。該形狀是由兩種力相互平衡所決定，一種力是液體的靜壓力，它使液滴力趨定，一種力是液體的靜壓力，它使液滴力趨鋪展在墊片上；另一種力是毛細(xì)附加力，它鋪展在墊片上；另一種力是毛細(xì)附加力，它使液滴趨于球形。靜壓力與密度有關(guān)，毛細(xì)使液滴趨于球形。靜壓力與密度有關(guān)，毛細(xì)附加