合金定向凝固

前言

材料的使用性能是由其組織形態(tài)決定的。因此，人們通過調整材料成分和控制材料的制備過程來獲得理想的組織，從而使材料具有所希望的使用性能。其中，控制凝固過程已成為提高傳統(tǒng)材料的性能和開發(fā)新材料的重要途徑。新的凝固技術的產生為更好地控制凝固組織提供了必要的手段，新的凝固技術出現(xiàn)后，都會有新的材料產生，所以新的凝固技術的開發(fā)，推動著新材料的發(fā)展。定向凝固是指在凝固過程中采用強制手段，在已凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取向組織的技術。因此，材料經定向凝固后能獲得優(yōu)異的性能，這使得最初為研究凝固理論而開發(fā)的定向凝固有了非常廣泛的發(fā)展。首先.定向凝固技術的出現(xiàn)，為凝固理論的研究和發(fā)展提供了實驗基礎，使得理論處理過程簡單化。因為在定向凝固過程中溫度梯度和凝固速率這兩個重要的凝固參數(shù)能夠獨立變化，從而可以分別研究它們對凝固過程的影響。此外，定向凝固組織非常規(guī)則，便于準確測量其形態(tài)和尺度特征。定向凝固技術的一個重要應用就是用于凝固理論的研究，定向凝固技術的發(fā)展直接推動了凝固理論的發(fā)展和深入。從chalmers等的成分過冷到Mullins等的界面穩(wěn)定動力學理論（Ms理論），人們對凝固過程有了更深刻的認識，對固液界面形態(tài)控制有了重要依據(jù)。其次，由于定向凝固過程中溶質再分配和組織的規(guī)則定向排列，消除了橫向晶界等凝固缺陷，因此利用定向凝固技術可以開發(fā)各種新材料。采用定向凝固方法后與普通鑄造方法相比，高溫強度、蠕變性和持久特性、熱疲勞性能有大幅度的改善，因此定向凝固技術首先用于航空發(fā)動機渦輪葉片上，使發(fā)動機的性能獲得了大幅度的提高。利用定向凝固技術，獲得柱狀晶或單晶組織，提高材料的縱向力學性能，代表著航空發(fā)動機渦輪葉片生產的現(xiàn)代水平。

內容概要

《合金定向凝固》由徐瑞編寫。定向凝固技術不僅是研究凝固理論的重要手段，也是開發(fā)新型材料的重要工業(yè)方法。《合金定向凝固》在總結國內外關于定向凝固最新研究成果并結合自己的研究工作基礎上，首先從凝固理論開始，分別對定向凝固技術和定向凝固新材料，以及定向凝固原位觀察和利用定向凝固技術驗證相圖計算等幾個方面進行介紹，力求給出合金定向凝固技術的最新進展與全貌。
《合金定向凝固》可以用作大學材料專業(yè)本科生和研究生的教材，亦可作為相關專業(yè)本、?？茖W生的教學參考書。

書籍目錄

1 凝固基本理論1.1 凝固熱力學1.1.1 相變驅動力1.1.2 溶質平衡分配系數(shù)1.2 均質形核1.2.1 形核功及臨界半徑1.2.2 形核率1.3 非均質形核1.3.1 形核功及形核速率1.3.2 形核劑的條件1.3.3 形核的影響因素與形核控制1.4 晶體長大1.4.1 連續(xù)長大1.4.2 二維晶核臺階長大1.4.3 螺型位錯長大參考文獻2 定向凝固的理論基礎2.1 凝固過程中溶質的分布基本規(guī)律2.1.1 絕對平衡凝固條件下的溶質再分布2.1.2 液相中完全混合的溶質再分布2.1.3 液相中只有擴散的溶質再分布2.2 固液界面形態(tài)選擇2.2.1 成分過冷理論2.2.2 界面穩(wěn)定性動力學理論2.3 共晶合金的定向凝固2.3.1 片狀共晶凝固前沿溶質再分配2.3.2 共晶前沿的過冷度與片層間距的關系2.3.3 片層共晶和棒狀共晶的形成條件2.3.4 共晶共生生長的形態(tài)穩(wěn)定性2.3.5 溫度對組織穩(wěn)定性影響2.3.6 共晶組織的失穩(wěn)形式2.4 包晶合金的定向凝固2.4.1 包晶共生生長的成分選擇2.4.2 定向凝固包晶合金中帶狀生長2.4.3 定向凝固包晶合金中共生生長2.4.4 定向凝固包晶合金的相與組織選擇參考文獻3 定向凝固技術3.1 傳統(tǒng)定向凝固技術3.1.1 發(fā)熱劑法3.1.2 功率降低法3.1.3 高速凝固法3.1.4 液態(tài)金屬冷卻法3.1.5 流態(tài)床冷卻法3.1.6 單晶制備3.2 新型的定向凝固技術3.2.1 區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法3.2.2 深過冷定向凝固3.2.3 電磁約束成形定向凝固3.2.4 連續(xù)定向凝固技術3.3 定向凝固技術存在的問題及展望參考文獻4 定向凝固材料4.1 定向凝固高溫材料4.1.1 鎳基高溫合金4.1.2 鈮基高溫合金4.1.3 以金屬間化合物為基的高溫合金4.2 自生復合材料4.2.1 定向凝固金屬基復合材料4.2.2 金屬間化合物復合材料4.2.3 氧化物陶瓷復合材料4.2.4 非氧化物陶瓷材料4.3 納米結構4.3.1 納米結構的一般制備方法4.3.2 利用定向凝固技術制備納米結構4.4 定向凝固鋁合金4.4.1 電磁場對定向凝固組織的影響4.4.2 多元合金的凝固過程4.4.3 定向凝固鋁合金的性能4.5 不銹鋼的定向凝固4.6 定向凝固功能材料4.6.1 定向凝固磁性材料4.6.2 形狀記憶合金4.6.3 超導材料參考文獻5 定向凝固中的原位觀察5.1 利用有機合金的定向凝固過程原位觀察5.1.1 固-液界面穩(wěn)定性與枝晶生長過程的原位觀察5.1.2 共晶凝固的原位觀察5.2 金屬合金定向凝固過程的原位觀察參考文獻6 定向凝固與相圖6.1 方法原理6.2 實驗方法6.3 實例6.3.1 Mg-A1-ca三元合金凝固路徑的確定6.3.2 復雜三元A1合金系凝固路徑的確定6.3.3 多元合金中共晶反應的驗證參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《合金定向凝固》是關于介紹“合金定向凝固”的教學用書，全書在總結國內外關于定向凝固最新研究成果并結合自己的研究工作基礎上，首先從凝固理論開始，分別對定向凝固技術和定向凝固新材料，以及定向凝固原位觀察和利用定向凝固技術驗證相圖計算等幾個方面進行介紹，力求給出合金定向凝固技術的最新進展與全貌?！逗辖鸲ㄏ蚰獭房梢杂米鞔髮W材料專業(yè)本科生和研究生的教材。

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