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