金属凝固过程中的晶体生长与控制PDF电子书下载

1 晶体生长热力学 1

1.1 相平衡 2

1.1.1 热平衡 3

1.1.2 力学平衡 4

1.1.3 传质平衡 5

1.2 相变 6

1.3 金属凝固中晶体生长的热力学处理 10

1.3.1 纯金属的热力学 11

1.3.2 二元合金热力学 12

1.3.3 分配系数 18

参考文献 21

2 晶体生长中的传递现象 22

2.1 传递过程微分方程的建立 23

2.1.1 连续方程的建立 23

2.1.2 运动方程的建立 24

2.1.3 机械能方程的建立 28

2.1.4 非等温系统能量方程的建立 28

2.1.5 多组分系统连续方程的建立 31

2.2 边界层 32

2.2.1 流动边界层 33

2.2.2 温度边界层 35

2.2.3 浓度边界层 37

参考文献 38

3 晶体生长形态与生长速率 39

3.1 晶体生长形态 40

3.1.1 晶体生长形态与生长速率间的联系 41

3.1.2 晶体生长的理想形态 42

3.1.3 晶体生长的实际形态 42

3.1.4 晶体几何形态与其内部结构间的关系 43

3.1.5 杂质对晶体形态的影响 46

3.1.6 小平面与非小平面生长 47

3.2 晶体的生长速率 50

3.2.1 二维成核与生长 50

3.2.2 螺型位错生长 53

3.2.3 Jackson生长速率 55

3.3 晶体生长形态的动力学成因 58

3.3.1 晶须 58

3.3.2 针状晶体与片晶 59

3.3.3 平面晶 59

3.3.4 平衡与特习性生长 60

3.3.5 枝蔓生长 61

参考文献 62

4 固液界面的稳定性 64

4.1 在固液界面上形成成分过冷 64

4.1.1 液体无对流时的溶质富集 64

4.1.2 液相中有对流时溶质的富集 67

4.2 合金的成分过冷与晶体形态的变化 68

4.2.1 成分过冷的形成 68

4.2.2 出现成分过冷后晶体形态的变化 70

4.3 固液界面形态稳定性理论(M-S理论) 73

4.3.1 固液界面前沿的浓度分布 75

4.3.2 固液界面上温度与浓度的匹配 76

4.3.3 界面稳定性的分析 78

4.3.4 近似程度高的界面稳定性的分析 80

4.3.5 准确的界面稳定性分析 82

4.3.6 固液界面从稳定到不稳定变化的实验观察 84

参考文献 86

5 胞晶与枝晶生长 88

5.1 热流与凝固组织 88

5.2 枝晶形态与晶体学的关系 90

5.3 枝晶的生长条件 92

5.4.1 Oldfield模型 96

5.4 枝晶稳定性判据 96

5.4.2 Langer理论 97

5.4.3 球体模型 99

5.5 合金枝晶尖端的曲率半径 100

5.6 枝晶的大小 104

5.6.1 胞晶以及枝晶间距 104

5.6.2 枝晶的二次臂间距 109

参考文献 115

6.1.1 共晶组织形态 117

6 多相合金中的晶体生长 117

6.1 共晶生长 117

6.1.2 共晶生长 120

6.2 包晶生长 139

6.2.1 包晶反应 140

6.2.2 包晶相变 143

6.2.3 第二相的一次介稳定析出 146

参考文献 147

7 控制晶体生长方法 148

7.1.1 发热保温材料法 149

7.1 定向凝固的方法 149

7.1.2 功率降低法(简称PD法) 150

7.1.3 快速定向凝固法(简称HRS) 150

7.1.4 液态金属冷却法(简称LMC法) 151

7.1.5 电渣重熔法 151

7.2 定向凝固金属与合金的组织与性能 152

7.2.1 组织 152

7.2.2 偏析 152

7.2.3 性能 152

7.3 定向凝固方法的应用概况 153

参考文献 154

8 电渣感应连续定向凝固技术 156

8.1 连续定向凝固的现状 157

8.1.1 HGC方法 158

8.1.2 OCC方法 159

8.1.3 连续定向凝固金属或合金的组织特征与表面状态 161

8.1.4 连续定向凝固合金性能特征与应用 163

8.1.5 连续定向凝固的冶金质量 164

8.2.1 电渣重熔冶金的发展概况 165

8.2 电渣重熔 165

8.2.2 电渣过程的冶金特点 167

8.3 感应电渣 168

8.4 电渣感应连续定向凝固实验装置原理 169

8.4.1 原理、功能及特点 169

8.4.2 操作工艺要点 172

8.5 电渣感应连续定向凝固过程温度场的数值模拟 172

8.5.1 温度场的数学描述 173

8.5.2 边界条件与初始条件的确定以及其他问题的处理 175

8.5.3 有限差分方程的建立 179

8.5.4 程序编制框图 181

8.6 电渣感应连续定向凝固系统温度分布与数值计算结果的验证 182

8.6.1 温度场的测试 183

8.6.2 温度场的测试结果及讨论 185

8.6.3 系统纵断面上的温度分布 189

8.6.4 电渣感应连续定向凝固过程中温度分布的监测方法 189

参考文献 191

9 电渣感应连续定向凝固过程的稳定性 196

9.1 过程的稳定性 197

9.1.1 固液界面位置的定义 197

9.1.3 固液界面位置的确定方法 198

9.1.2 理想的固液界面位置 198

9.1.4 工艺参数对固液界面位置的影响 199

9.2 组织的稳定性 203

9.2.1 固液界面形状及工艺参数的影响 204

9.2.2 固液界面前沿金属熔体中的温度梯度 207

9.3 结晶器壁内温度分布的控制 212

9.3.1 感应圈与加热结晶器用石墨相对位置的影响 212

9.3.2 加热结晶器用石墨外形的影响 212

9.4 相关因素之间相互匹配的数学描述 214

9.5 对下拉法连续定向凝固生命力的探讨 218

9.6 铸铁与不锈钢电渣感应连续定向凝固的实验研究 220

9.6.1 铸铁的电渣感应连续定向凝固的实验研究 220

9.6.2 不锈钢电渣感应连续定向凝固的实验研究 223

参考文献 227

10 电渣感应连续定向凝固组织与性能 229

10.1 电渣感应连续定向凝固铸锭的凝固组织 229

10.1.1 电流密度对电渣感应连续定向凝固铸锭组织的影响 230

10.1.2 电渣感应连续定向凝固过程稳定性对凝固组织的影响 232

10.1.3 结晶器温度对凝固组织的影响 233

10.1.4 冷却及牵引速度的影响 234

10.2 电渣感应连续定向凝固铸锭的表面质量 235

10.3 电渣感应连续定向凝固QA19-4合金的力学性能 237

参考文献 239

11 电流密度与固液界面稳定性及柱状晶间距 241

11.1 电流作用下固液界面形态稳定性动力学微分方程 242

11.1.1 界面出现扰动后系统中的温度与浓度分布 242

11.1.2 扰动振幅随时间的变化率 246

11.2 电流对固液界面形态稳定性的影响 247

11.2.1 电流引起固液界面能的变化对稳定性的影响 248

11.2.2 电流产生的Joule热对界面稳定性的影响 248

11.2.3 电流改变温度梯度对界面稳定性的影响 249

11.2.4 电流改变溶质浓度梯度对界面稳定性的影响 250

11.3 电流密度与一次枝晶间距的关系 252

11.3.1 电流密度与一次枝晶间距关系式的建立 252

11.3.2 电流密度对一次枝晶间距影响的计算结果 254

11.4 电流使枝晶间距减小的机理分析 259

11.4.1 电流使固液界面稳定性增加的作用 259

11.4.2 电流在固相中偏聚的作用 261

11.4.3 电流使固液界面能增加的作用 262

11.5 电流抑制二次枝晶出现的机理分析 263

参考文献 265