《凝固技术》

第1章概论1

1 凝固过程的研究对象1

2 凝固过程的研究方法4

3 凝固过程理论研究的进展6

4 凝固技术8

参考文献10

第2章凝固过程的基本原理11

第1节相图与凝固11

1 二元合金的凝固方式11

2 二元合金凝固过程的溶质再分配13

3 多元合金的凝固18

第2节晶体的形核21

1 均质形核的基本理论21

2 异质形核23

3 形核的影响因素与形核控制24

第3节晶体的长大26

1 晶体的生长方式与生长速率26

2 晶体生长形态29

第4节单相合金的凝固30

1 单相合金凝固组织的表征与控制参数30

2 凝固组织研究的新进展34

第5节共晶合金的凝固36

1 规则共晶生长37

2 共晶生长的其他问题39

第6节偏晶合金和包晶合金的凝固46

1 偏晶合金的凝固46

2 包晶合金的凝固47

参考文献48

第3章凝固过程的传热、传质与液体流动52

第1节凝固过程的传热52

1传热条件与凝固方式52

1.1 定向凝固过程53

1.2 体积凝固过程53

2 凝固过程传热的方式与特点55

3 凝固过程传热的研究方法57

4温度场与凝固过程的分析61

4.1 铸件凝固时间的确定61

4.2 铸件传热条件的简化63

第2节凝固过程中的传质64

1 凝固过程中的溶质平衡64

2 传质过程的控制方程65

3 平界面一维凝固过程溶质的扩散与再分配67

4 枝晶凝固过程中的溶质传输70

第3节凝固过程的液体流动75

1凝固过程液体流动的分类75

1.1 自然对流75

1.2 强迫对流76

1.3 亚传输过程引起的流动76

2 凝固过程液相区的液体流动77

3 液相流动对传热和传质过程的影响79

4 液相区的对流对凝固组织的影响81

5 枝晶凝固过程两相区中的液体流动82

6 两相区内温度场、浓度场与流场的耦合83

参考文献89

第4章铸件凝固组织控制92

第1节铸件凝固组织的形成92

1 凝固条件与凝固方式92

2 铸件的典型凝固组织与形成过程93

3 等轴晶的形核96

4 铸件典型凝固组织形态的控制98

第2节等轴晶的晶粒细化98

1 添加晶粒细化剂法100

2 动力学细化法106

3 熔炼及浇注过程的温度控制107

第3节 多相合金凝固过程的变质处理109

第4节凝固组织中的偏析及其控制112

1 枝晶凝固组织中的微观偏析及其控制112

2 定向凝固组织中的宏观偏析114

3 铸锭中的宏观偏析117

第5节凝固收缩及凝固组织致密度的控制121

1 凝固收缩率121

2 缩松的形成与控制124

3 强化补缩的方法——保温冒口与保温补贴127

第6节合金液的净化132

1 合金液净化的主要方法132

2 合金液过滤处理的基本方法和原理132

3 泡沫陶瓷过滤片型内过滤的工艺设计135

第7节半固态金属的特性及半固态铸造136

1 半固态金属的特性137

2 连续搅拌对半固态金属凝固的影响138

3 半固态铸造140

第8节 部分凝固提纯技术146

参考文献149

第5章定向凝固与单晶生长155

第1节定向凝固的理论基础155

1固液界面形态选择155

1.1 成分过冷理论155

1.2 绝对稳定理论163

2定向凝固时的枝晶生长166

2.1 特征长度166

2.2 等温界面下的枝晶生长170

2.3 不等温界面的枝晶生长172

第2节非平衡凝固185

1 分形理论的应用188

2 微量元素对定向凝固的影响195

3 超高温度梯度下的定向凝固197

4 侧向约束下的定向凝固201

5 对流下的定向凝固202

第3节定向凝固工艺206

1 发热剂法(EP法)206

2 功率降低法(PD法)207

3 高速凝固法(MRS法)208

4 液态金属冷却法(LMC法)210

5 流态床冷却法(FBQ法)212

6 区域熔化液态金属冷却法(ZMLMC法)213

7 定向凝固过程的模拟215

8 单晶制备218

参考文献219

第6章快速凝固227

第1节实现快速凝固的条件及凝固特征227

1 快速凝固方法227

2 快速凝固的特征230

第2节快速凝固过程的动力学与热力学231

1 单相合金快速凝固231

2 共晶合金的快速凝固组织236

3 亚稳定相与非晶态的形成238

第3节粉末材料快速凝固制备技术244

1 液态合金液滴的形成与凝固244

2流体雾化法248

2.1 亚音速气体雾化法248

2.2 音速气体雾化法253

2.3 超音速气体雾化法254

2.4 水雾化法255

3离心雾化法257

3.1 旋转电极法257

3.2 旋转圆杯/盘法259

第4节低维材料的快速凝固261

1 金属碎片的快速凝固262

2金属带材的快速凝固264

2.1 单辊法264

2.2 双辊法268

2.3 溢流法271

2.4 甩出法272

2.5 复合夹层带材的快速凝固技术273

3线材的快速凝固274

3.1 玻璃涂覆熔液纺绩法(Taylor法)276

3.2 合金液流注入液体冷却液法(Kavesh法)277

3.3 旋转水纺绩法279

3.4 传送带法280

第5节体材料的快速凝固281

1液态金属深过冷法281

1.1 熔融玻璃净化法281

1.2 悬浮熔炼法284

2喷射沉积法287

2.1 喷射沉积法的技术基础288

2.2 喷射沉积法的工艺过程控制290

第6节激光表面处理技术294

1 激光表面处理技术的发展295

2 激光的辐射与吸收297

3 材料表面的加热、熔化与快速凝固298

4 激光表面熔凝处理工艺300

参考文献303

第7章连续铸造309

第1节 连铸技术的发展309

第2节钢锭的连铸技术310

1 钢锭连铸的基本方法与凝固特性310

2钢锭连铸工艺过程的控制环节315

2.1 结晶器的结构设计315

2.2 结晶器振动315

2.3 连铸速率的控制316

2.4 钢锭的弯曲与矫直316

3连铸钢锭凝固组织、缺陷及其形成原理317

3.1 连铸钢锭的凝固过程与组织317

3.2 连铸钢锭中的偏析319

3.3 连铸钢锭的变形与裂纹321

4连铸钢锭凝固组织与缺陷的控制措施322

4.1 控制凝固组织的化学方法323

4.2 温度控制323

4.3 浇注过程的控制324

4.4 电磁搅拌技术327

第3节其他合金的连铸技术329

1铝合金的连续铸造329

1.1 铝合金连铸过程的导热特性330

1.2 凝固组织的控制332

1.3 氧化夹渣的防止335

2其他合金的连铸337

2.1 铜合金337

2.2 金属间化合物及钛合金338

2.3 铸铁339

第4节薄板的连铸技术340

1 钢锭的液芯轧制340

2 薄板连铸连轧技术344

3其他薄板连铸技术347

3.1 单带激冷连铸技术347

3.2 喷射沉积带材连铸技术348

3.3 反铸造法349

第5节O.C.C.连铸技术350

1 O.C.C.连铸技术的原理与特点350

2 O.C.C.连铸方法353

3O.C.C.连铸的凝固过程与质量控制360

3.1 O.C.C.连铸过程传热条件的分析360

3.2 凝固界面的控制361

3.3 凝固组织的形成过程362

参考文献363

第8章金属基复合材料制备中的凝固问题366

第1节 复合材料的发展366

第2节长纤维增强金属基复合材料液相制备369

1增强纤维与基体材料的界面特性370

1.1 界面特性对材料性能的影响371

1.2 增强纤维与合金液的化学作用372

1.3 合金液对纤维的润湿特性374

1.4 纤维的保护与预处理375

2纤维预制体中合金液的浸渗过程377

2.1 浸渗工艺377

2.2 纤维预制体中孔隙结构的分析379

2.3 合金液浸渗过程的动力学分析381

2.4 合金液浸渗过程的热平衡384

3合金液在纤维预制体中的凝固过程386

3.1 自由凝固386

3.2 定向凝固387

第3节颗粒增强复合材料的制备389

1搅拌混合法制备技术389

1.1 合金液与增强颗粒的界面特性389

1.2 合金液与增强颗粒的搅拌混合391

1.3 增强颗粒与合金液混合物的凝固395

2 浸渗法制备技术400

3共喷射沉积法制备技术401

3.1 基本方法401

3.2 增强颗粒与合金液滴的相互作用403

3.3 共喷射沉积复合材料的凝固特性404

第4节自生复合材料的凝固405

1固液相反应法自生复合材料制备技术405

1.1 基本原理和方法405

1.2 化学平衡条件的分析406

1.3 化学反应动力学过程分析407

2 自蔓延法复合材料制备技术409

参考文献413

第9章特殊条件下的凝固416

第1节微重力凝固416

1 重力引起的不完整性416

2 Marangoni对流422

3 微重力条件下的过冷与形核424

4 凝固时的对流效应424

5 微重力下的定向凝固427

6 难混溶液态合金的凝固431

7 微重力研究设备432

第2节超重力凝固435

1 重新层流化436

2 超重力下的形核441

第3节电脉冲作用下的凝固特性445

1 电脉冲驱动下的非平衡相变理论445

2 电脉冲对合金组织结构的影响447

第4节电磁场中的凝固450

1三传效应的数学分析及数值模拟451

1.1 流体流动下的传热数学模型452

1.2 流体流动下的传质数学模型453

1.3 流体流动下的动量传递数学模型453

1.4 电磁离心铸造速度场的理论推导及计算结果454

2 环境做功对溶质有效分配因数的影响456

3 环境做功对温度梯度的影响459

4 磁场对对流的影响460

5电磁铸造的应用461

5.1 电磁铸造对结晶形态的影响461

5.2 电磁离心铸造HK40钢的组织和性能463

第5节高压下的凝固467

1 高压下凝固的发展467

2 压力对熔体粘度、密度及相图的影响470

3 压力对非晶态形成温度和能力的影响471

4 压力对形核速率和生长速率的影响472

5 Cu-Ti非晶合金的形成475

6 高压下制备纳米晶材料476

参考文献480