金屬的流變性能研究主要是針對鑄造和凝固過程，金屬在澆注進入鑄型以及隨後的凝固冷卻過程中，都會出現多種多樣的流動變形現象。
基本介紹
- 中文名：金屬流變
- 外文名：Metal rheology
- 原理：同軸圓筒旋轉法粘度測量
- 作用：檢驗流變儀的測量精度
- 特徵：牛頓流體
- 所屬領域：金屬材料
介紹,特徵,研究內容,意義,
介紹
金屬流變根據同軸圓筒旋轉法粘度測量原理自行研製了1台半固態金屬流變儀，並通過測量甘油的粘度來檢驗流變儀的測量精度。在3個不同溫度下測得的甘油絕對粘度值與標準值接近。
首先是金屬熔體的充型過程。液態金屬的流動性能研究直接指導鑄件澆注系統的設計，繼而提高鑄型的充填性能。一般簡單地把液態合金視為牛頓流體，從水力模型的角度來考慮鑄造合金的流變性能。水力模擬也成為澆注系統設計的重要實驗方法。近年來對Wood合金(Bi：30%～60%，Pb：15%一35%，Sn：10%～20%，Cr：7%～15%四種金屬元素組成的低熔點合金)研究時發現，只有當合金的溫度具有較高過熱度時，金屬液才可以視為牛頓體；當合金過熱度較小時，合金出現屈服極限，呈現賓漢體的流變性能，此時便不可以用牛頓流體的流動規律來探討液態金屬充填鑄型的規律。如在壓力鑄造澆注溫度較低的時候，則應注意可能由賓漢體的流變性能影響金屬充填澆注系統和型腔的過程。
鑄造金屬在進人鑄型以後，隨著其本身溫度的降低，凝固過程開始，合金由液態金屬開始轉變為液固態(類液漿料，固相質點較少，分布於液態合金中)、固液態(類固漿料，固態樹枝晶連成骨架，但在骨架間仍有液態合金)和全固態。在這一過程中產生補縮、偏析、異相質點的沉浮和應力、變形等現象，這些現象都與金屬的流變性能密切相關。在金屬由全液態向全固態轉變的過程中，其流變性能發生劇烈的變化。每種狀態下，合金流變性能往往又不是簡單的絕對剛體、理想液體、黏性體、彈性體或塑性體，往往是幾種流變特性的結合。在鑄件凝固過程中，鑄件的主要缺陷都是在該金屬處於固相線以上溫度，即固、液兩相區溫度之間形成的，如鑄件的緻密度、成分的均勻性、熱裂、夾渣等缺陷，都與固相線溫度以上鑄造系統流變性能密切相關。金屬在冷卻凝固過程中，其流變性能可以認為是由牛頓流體轉變為賓漢體，這樣可以從合金流變性能的角度來理解鑄件中缺陷的形成。比如，具有賓漢體流變性能的流體將阻礙密度不同的質點上浮或下沉，這樣在固相線附近析出的大量氣體所形成的氣孔便不能上浮，而停留在所析出的地點，使鑄件形成分散的析出性氣孔。與此同時，鑄件合金凝固時析出的密度較大的顆粒也不能像在一般黏性液體中一樣下沉，它們停留在所析出的地方，增大了凝固區域，使鑄件從層狀凝固轉為體積凝固，在鑄件上形成分散性縮松，降低緻密度。另外，鑄件在固、液兩相區凝固時，如在某處出現固體體積收縮而引起的縮孔，具有賓漢體流變性能的液體雖有通道使縮孔相連，但作用在液體上的切應力如不足以克服金屬的屈服應力時，液體便不能流動填補縮孔，從而使鑄件中出現枝晶間連通形式的縮孔，導致鑄件滲漏。
特徵
用該台流變儀研究半固態A356鋁合金的流變特性表明：
半固態漿料穩態表觀粘度隨著剪下速率的增大而下降，且漿料溫度越低，偽塑性越明顯；當固相率小於10%時，在高剪下速率下漿料呈現出牛頓流體的特徵。
液態金屬在成形過程中，經歷了兩個基本過程，其一是充型（充填），其二是充型後凝固定形。充型一般時間較短，可以認為是一種牛頓型流動，但極為複雜且多變。隨著液態金屬溫度下降，由全液態轉變為液固態（固態顆粒被液相包圍）、固液態（固態樹枝晶連成骨架，液態合金被分割成島）及至全固態過程中，將出現補縮、偏析、異相質點沉浮、熱應力及應變等現象，均離不開液態金屬流變學行為。
研究內容
金屬材料流變學的研究內容主要包括結構流變學和加工流變學。
(1)結構流變學 結構流變學是研究材料流變特性與材料組織結構的關係，即研究金屬材料在不同狀態下取何種流動形式，與其微觀組織的關係。例如，金屬液體結構與鑄造過程的充填、補縮的關係；半固態球晶組織與觸變性的關係；超塑性材料組織與黏性流動的關係等。另外，還要研究此刻的變形與前一時刻的變化的差異性、遺傳性。
(2)加工流變學 加工流變學主要研究加工條件與形狀尺寸、組織性能改變的關係。這裡包括載入方式、流動速率、模具結構及溫度條件等外部因素對變形結果的影響，即對加工尺寸形狀、組織性能的影響。
(3)相關性 相關性主要研究流動特性對形變效應的影響。流動特性可以理解為在不同加工條件下（如溫度、壓力、輻射和電磁場等），以應力、應變和時間等變數，來定量描述材料的狀態方程，亦可稱流動狀態方程或本構方程，以此指導金屬材料典型加工成形操作單元（如填充、注射、壓實等）過程的流變分析，建立一種高效低耗的加工過程，發揮其最大工藝性，確保獲得尺寸形狀精度和性能的良好效應。
意義
流變學與材料加工原理結合在一起，對材料加工模具設計、工藝條件的選擇、設備選用或設計無疑具有指導意義，以優選最佳的成形方案，使成本消耗降到最低，獲得形狀複雜美觀、內在質量健全的製件。
