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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