凝固技術(shù)

內(nèi)容概要

凝固技術(shù)是以凝固原理為基礎(chǔ)，進(jìn)行凝固過程控制的工程技
術(shù)領(lǐng)域，其目標(biāo)是根據(jù)材料或產(chǎn)品使用性能的需求，獲得期望的
微觀組織和無凝固缺陷的鑄件或鑄錠。研究凝固技術(shù)對控制材料
和鑄件的質(zhì)量、研制和開發(fā)新材料具有極其重要的意義。
本書除反映國內(nèi)外凝固技術(shù)的最新進(jìn)展外，重點(diǎn)總結(jié)了西北
工業(yè)大學(xué)與中國科學(xué)院沈陽金屬研究所的“凝固技術(shù)”與“快速
凝固非平衡合金”兩個國家重點(diǎn)實(shí)驗室的多年研究成果及目前人
們關(guān)注的凝固技術(shù)前沿科學(xué)。
本書共9章三大部分：凝固原理及新進(jìn)展（1、2章），凝固過程
控制因素（3章），各種凝固技術(shù)（4～9章）。具體內(nèi)容是：概論；凝
固過程的基本原理；凝固過程的傳熱、傳質(zhì)與液體流動；鑄件凝
固組織控制；定向凝固與單晶生長；快速凝固；連續(xù)鑄造；金屬
基復(fù)合材料制備中的凝固問題；特殊條件下的凝固。
本書可供從事鑄造與材料工程方面的科研、教學(xué)和工程技術(shù)
人員閱讀，也可作為研究生的參考書。

作者簡介

作者簡介
周堯和 1927年生，上海交
通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)教
授，博士導(dǎo)師，中國科學(xué)院
院士，曾任國務(wù)院學(xué)位委員
會學(xué)科評議組成員、中國鑄
造學(xué)會理事長、國際鑄造學(xué)
會主席主持創(chuàng)建了“凝固
技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室”；長
期從事凝固理論與凝固技術(shù)
研究，發(fā)表論文200余篇，
獲省部級科技進(jìn)步獎1：項，
國家發(fā)明獎及國家科技進(jìn)步
獎各1項。
胡壯麒 1929年生.中國科
學(xué)院沈陽金屬研究所研究
員.博士導(dǎo)師，中國工程院
院士.中國材料學(xué)會理事，
創(chuàng)建了“快速凝固非平衡合
金國家重點(diǎn)實(shí)驗室”；長期
從事定向凝固、高溫合金和
亞穩(wěn)材料研究，發(fā)表論文
275篇專著2本，獲省部級
科技進(jìn)步獎9項，國家發(fā)明
獎及國家科技進(jìn)步獎3項，專
利3項。
介萬奇 1959年生，西北工
業(yè)大學(xué)材料學(xué)院院長，教
授，博士導(dǎo)師；曾任“凝固
技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室”副主
任；―直從事凝固理論與凝
固技術(shù)的研究，發(fā)表論文50
多篇，獲省部級科技進(jìn)步獎
4項，國家發(fā)明獎1項。

書籍目錄

目 錄
前言
符號表
第1章 概論
1凝固過程的研究對象
2凝固過程的研究方法
3凝固過程理論研究的進(jìn)展
4凝固技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第2章 凝固過程的基本原理
第1節(jié) 相圖與凝固
1二元合金的凝固方式
2二元合金凝固過程的溶質(zhì)再分配
3多元合金的凝固
第2節(jié) 晶體的形核
1均質(zhì)形核的基本理論
2異質(zhì)形核
3形核的影響因素與形核控制
第3節(jié) 晶體的長大
1晶體的生長方式與生長速率
2晶體生長形態(tài)
第4節(jié) 單相合金的凝固
1單相合金凝固組織的表征與控制參數(shù)
2凝固組織研究的新進(jìn)展
第5節(jié) 共晶合金的凝固
1規(guī)則共晶生長
2共晶生長的其他問題
第6節(jié) 偏晶合金和包晶合金的凝固
1偏晶合金的凝固
2包晶合金的凝固
參考文獻(xiàn)
第3章 凝固過程的傳熱 傳質(zhì)與液體流動
第1節(jié) 凝固過程的傳熱
1傳熱條件與凝固方式
1.1定向凝固過程
1.2體積凝固過程
2凝固過程傳熱的方式與特點(diǎn)
3凝固過程傳熱的研究方法
4溫度場與凝固過程的分析
4.1鑄件凝固時間的確定
4.2鑄件傳熱條件的簡化
第2節(jié) 凝固過程中的傳質(zhì)
1凝固過程中的溶質(zhì)平衡
2傳質(zhì)過程的控制方程
3平界面一維凝固過程溶質(zhì)的擴(kuò)散與再分配
4枝晶凝固過程中的溶質(zhì)傳輸
第3節(jié) 凝固過程的液體流動
1凝固過程液體流動的分類
1.1自然對流
1.2強(qiáng)迫對流
1.3亞傳輸過程引起的流動
2凝固過程液相區(qū)的液體流動
3液相流動對傳熱和傳質(zhì)過程的影響
4液相區(qū)的對流對凝固組織的影響
5枝晶凝固過程兩相區(qū)中的液體流動
6兩相區(qū)內(nèi)溫度場 濃度場與流場的耦合
參考文獻(xiàn)
第4章 鑄件凝固組織控制
第1節(jié) 鑄件凝固組織的形成
1凝固條件與凝固方式
2鑄件的典型凝固組織與形成過程
3等軸晶的形核
4鑄件典型凝固組織形態(tài)的控制
第2節(jié) 等軸晶的晶粒細(xì)化
1添加晶粒細(xì)化劑法
2動力學(xué)細(xì)化法
3熔煉及澆注過程的溫度控制
第3節(jié) 多相合金凝固過程的變質(zhì)處理
第4節(jié) 凝固組織中的偏析及其控制
1枝晶凝固組織中的微觀偏析及其控制
2定向凝固組織中的宏觀偏析
3鑄錠中的宏觀偏析
第5節(jié) 凝固收縮及凝固組織致密度的控制
1凝固收縮率
2縮松的形成與控制
3強(qiáng)化補(bǔ)縮的方法――保溫冒口與保溫補(bǔ)貼
第6節(jié) 合金液的凈化
1合金液凈化的主要方法
2合金液過濾處理的基本方法和原理
3泡沫陶瓷過濾片型內(nèi)過濾的工藝設(shè)計
第7節(jié) 半固態(tài)金屬的特性及半固態(tài)鑄造
1半固態(tài)金屬的特性
2連續(xù)攪拌對半固態(tài)金屬凝固的影響
3半固態(tài)鑄造
第8節(jié) 部分凝固提純技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第5章 定向凝固與單晶生長
第1節(jié) 定向凝固的理論基礎(chǔ)
1固液界面形態(tài)選擇
1.1成分過冷理論
1.2絕對穩(wěn)定理論
2定向凝固時的枝晶生長
2.1特征長度
2.2等溫界面下的枝晶生長
2.3不等溫界面的枝晶生長
第2節(jié) 非平衡凝固
1分形理論的應(yīng)用
2微量元素對定向凝固的影響
3超高溫度梯度下的定向凝固
4側(cè)向約束下的定向凝固
5對流下的定向凝固
第3節(jié) 定向凝固工藝
1發(fā)熱劑法（EP法）
2功率降低法（PD法）
3高速凝固法（HRS法）
4液態(tài)金屬冷卻法（LMC法）
5流態(tài)床冷卻法（FBQ法）
6區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法（ZMLMC法）
7定向凝固過程的模擬
8單晶制備
參考文獻(xiàn)
第6章 快速凝固
第1節(jié) 實(shí)現(xiàn)快速凝固的條件及凝固特征
1快速凝固方法
2快速凝固的特征
第2節(jié) 快速凝固過程的動力學(xué)與熱力學(xué)
1單相合金快速凝固
2共晶合金的快速凝固組織
3亞穩(wěn)定相與非晶態(tài)的形成
第3節(jié) 粉末材料快速凝固制備技術(shù)
1液態(tài)合金液滴的形成與凝固
2流體霧化法
2.1亞音速氣體霧化法
2.2音速氣體霧化法
2.3超音速氣體霧化法
2.4水霧化法
3離心霧化法
3.1旋轉(zhuǎn)電極法
3.2旋轉(zhuǎn)圓杯/盤法
第4節(jié) 低維材料的快速凝固
1金屬碎片的快速凝固
2金屬帶材的快速凝固
2.1單輥法
2.2雙輥法
2.3溢流法
2.4甩出法
2.5復(fù)合夾層帶材的快速凝固技術(shù)
3線材的快速凝固
3.1玻璃涂覆熔液紡績法（Taylor法）
3.2合金液流注入液體冷卻液法（Kavesh法）
3.3旋轉(zhuǎn)水紡績法
3.4傳送帶法
第5節(jié) 體材料的快速凝固
1液態(tài)金屬深過冷法
1.1熔融玻璃凈化法
1.2懸浮熔煉法
2噴射沉積法
2.1噴射沉積法的技術(shù)基礎(chǔ)
2.2噴射沉積法的工藝過程控制
第6節(jié) 激光表面處理技術(shù)
1激光表面處理技術(shù)的發(fā)展
2激光的輻射與吸收
3材料表面的加熱 熔化與快速凝固
4激光表面熔凝處理工藝
參考文獻(xiàn)
第7章 連續(xù)鑄造
第1節(jié) 連鑄技術(shù)的發(fā)展
第2節(jié) 鋼錠的連鑄技術(shù)
1鋼錠連鑄的基本方法與凝固特性
2鋼錠連鑄工藝過程的控制環(huán)節(jié)
2.1結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2結(jié)晶器振動
2.3連鑄速率的控制
2.4鋼錠的彎曲與矯直
3連鑄鋼錠凝固組織 缺陷及其形成原理
3.1連鑄鋼錠的凝固過程與組織
3.2連鑄鋼錠中的偏析
3.3連鑄鋼錠的變形與裂紋
4連鑄鋼錠凝固組織與缺陷的控制措施
4.1控制凝固組織的化學(xué)方法
4.2溫度控制
4.3澆注過程的控制
4.4電磁攪拌技術(shù)
第3節(jié) 其他合金的連鑄技術(shù)
1鋁合金的連續(xù)鑄造
1.1鋁合金連鑄過程的導(dǎo)熱特性
1.2凝固組織的控制
1.3氧化夾渣的防止
2其他合金的連鑄
2.1銅合金
2.2金屬間化合物及鈦合金
2.3鑄鐵
第4節(jié) 薄板的連鑄技術(shù)
1鋼錠的液芯軋制
2薄板連鑄連軋技術(shù)
3其他薄板連鑄技術(shù)
3.1單帶激冷連鑄技術(shù)
3.2噴射沉積帶材連鑄技術(shù)
3.3反鑄造法
第5節(jié) OCC連鑄技術(shù)
1OCC連鑄技術(shù)的原理與特點(diǎn)
2OCC連鑄方法
3OCC連鑄的凝固過程與質(zhì)量控制
3.1OCC連鑄過程傳熱條件的分析
3.2凝固界面的控制
3.3凝固組織的形成過程
參考文獻(xiàn)
第8章 金屬基復(fù)合材料制備中的凝固問題
第1節(jié) 復(fù)合材料的發(fā)展
第2節(jié) 長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料液相制備
1增強(qiáng)纖維與基體材料的界面特性
1.1界面特性對材料性能的影響
1.2增強(qiáng)纖維與合金液的化學(xué)作用
1.3合金液對纖維的潤濕特性
1.4纖維的保護(hù)與預(yù)處理
2纖維預(yù)制體中合金液的浸滲過程
2.1浸滲工藝
2.2纖維預(yù)制體中孔隙結(jié)構(gòu)的分析
2.3合金液浸滲過程的動力學(xué)分析
2.4合金液浸滲過程的熱平衡
3合金液在纖維預(yù)制體中的凝固過程
3.1自由凝固
3.2定向凝固
第3節(jié) 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備
1攪拌混合法制備技術(shù)
1.1合金液與增強(qiáng)顆粒的界面特性
1.2合金液與增強(qiáng)顆粒的攪拌混合
1.3增強(qiáng)顆粒與合金液混合物的凝固
2浸滲法制備技術(shù)
3共噴射沉積法制備技術(shù)
3.1基本方法
3.2增強(qiáng)顆粒與合金液滴的相互作用
3.3共噴射沉積復(fù)合材料的凝固特性
第4節(jié) 自生復(fù)合材料的凝固
1固液相反應(yīng)法自生復(fù)合材料制備技術(shù)
1.1基本原理和方法
1.2化學(xué)平衡條件的分析
1.3化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程分析
2自蔓延法復(fù)合材料制備技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第9章 特殊條件下的凝固
第1節(jié) 微重力凝固
1重力引起的不完整性
2Marangoni對流
3微重力條件下的過冷與形核
4凝固時的對流效應(yīng)
5微重力下的定向凝固
6難混溶液態(tài)合金的凝固
7微重力研究設(shè)備
第2節(jié) 超重力凝固
1重新層流化
2超重力下的形核
第3節(jié) 電脈沖作用下的凝固特性
1電脈沖驅(qū)動下的非平衡相變理論
2電脈沖對合金組織結(jié)構(gòu)的影響
第4節(jié) 電磁場中的凝固
1三傳效應(yīng)的數(shù)學(xué)分析及數(shù)值模擬
1.1流體流動下的傳熱數(shù)學(xué)模型
1.2流體流動下的傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型
1.3流體流動下的動量傳遞數(shù)學(xué)模型
1.4電磁離心鑄造速度場的理論推導(dǎo)及計算結(jié)果
2環(huán)境做功對溶質(zhì)有效分配因數(shù)的影響
3環(huán)境做功對溫度梯度的影響
4磁場對對流的影響
5電磁鑄造的應(yīng)用
5.1電磁鑄造對結(jié)晶形態(tài)的影響
5.2電磁離心鑄造HK40鋼的組織和性能
第5節(jié) 高壓下的凝固
1高壓下凝固的發(fā)展
2壓力對熔體粘度 密度及相圖的影響
3壓力對非晶態(tài)形成溫度和能力的影響
4壓力對形核速率和生長速率的影響
5Cu Ti非晶合金的形成
6高壓下制備納米晶材料
參考文獻(xiàn)

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