１?金属晶体中的原子结合、加热膨胀、熔化
晶体的结构和性能主要决定于组成晶体的原子结构和它们之间的相互作用力与热运动。
各种不同的晶体其结合力的类型和大小是不同的。但是在任何晶体中，两个原子间的相互作
图１?１ Ａ、Ｂ原子作用力Ｆ和
势能Ｗ 与原子间距Ｒ的关系
用力或相互作用势能与它们之间距离的关系在性质上是相同的，如图１?１所示。图１?１（ａ）
表示原子间相互作用力Ｆ随原子间距离Ｒ的变化规律。当两个原子相距无穷远时，相互作
用力为零，当两原子靠近时，原子间产生吸引力 （Ｆ＜０），
并随距离的缩短而增大。随着距离的继续缩短，到达Ｒ＝
Ｒ１ 时，吸引力大。
表面活性元素在金属表面富集，当接近熔点时尤为显著。因为在熔点附近的液体中有大
的原子集团，它们对体积大的原子的排挤也就越明显。但是温度升高时，原子排列的不规
性增加，溶质和溶剂容易均匀混合，而削弱了表面富集现象。因而，随着温度的升高，表
张力反而有所增大，到一定温度后，表面张力又降低。
原子体积很小的Ｃ、Ｏ、Ｓ等元素，在金属中容易间隙到晶格中，也使晶格歪曲，势能
加，也被排挤到金属表面，成为表面活性元素。由于这些元素的自由电子很少，表面张力
，也会使金属的表面张力降低。图１?１２所示为镁合金中加入第二组元后表面张力的变化
对于铸件温度场的影响，可从金属性质、铸型性质、浇注条件及铸件结构四个方面来
析。
（１）金属性质的影响 金属的热扩散率大，铸件内部的温度均匀化的能力就大，温度梯
就小，断面上温度分布曲线就比较平坦；反之，温度分布曲线就比较峻陡。金属的结晶潜
大，向铸型传热的时间则要长，铸型内表面被加热的温度也高，铸件断面的温度梯度减
，铸件的冷却速度下降，温度场也较平坦。金属的凝固温度越高，在凝固过程中铸件表面
铸型内表面的温度越高，铸型内外表面的温差就越大，且铸型的热导率在高温段随温度的
高而升高，致使铸件断面的温度场有较大的梯度。
