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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

3 O.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