金屬凝固原理

前言

　　創(chuàng)新是一個民族的靈魂，也是高層次人才水平的集中體現(xiàn)。因此，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于研究生培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)，包括課程學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)閱讀、課題研究等。文獻(xiàn)閱讀與課題研究無疑是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的重要手段，同樣，課程學(xué)習(xí)也是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。通過課程學(xué)習(xí)，使研究生在教師指導(dǎo)下，獲取知識的同時理解知識創(chuàng)新過程與創(chuàng)新方法，對培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力具有極其重要的意義?！　∥靼步煌ù髮W(xué)研究生院圍繞研究生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力改革研究生課程體系的同時，開設(shè)了一批研究型課程，支持編寫了一批研究型課程的教材，目的是為了推動在課程教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)研究生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量?！　⊙芯啃驼n程是指以激發(fā)研究生批判性思維、創(chuàng)新意識為主要目標(biāo)，由具有高學(xué)術(shù)水平的教授作為任課教師參與指導(dǎo)，以本學(xué)科領(lǐng)域最新研究和前沿知識為內(nèi)容，以探索式的教學(xué)方式為主導(dǎo)，適合于師生互動，使學(xué)生有更大的思維空間的課程。研究型教材應(yīng)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以掌握最新的科學(xué)知識，了解最新的前沿動態(tài)，激發(fā)研究生科學(xué)研究的興趣，掌握基本的科學(xué)方法，把教師為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，把學(xué)生被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)樵谔剿餮芯颗c自主學(xué)習(xí)中掌握知識和培養(yǎng)能力?！　〕霭嫜芯啃驼n程系列教材，是一項(xiàng)探索性的工作，十分艱苦。雖然已出版的教材凝聚了作者的大量心血，但還有必要在實(shí)踐中不斷完善。我們深信，通過研究型系列教材的出版與完善，必定能夠促進(jìn)研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

內(nèi)容概要

　　《金屬凝固原理》運(yùn)用凝固過程傳熱及傳質(zhì)的基本原理，重點(diǎn)闡述了凝固過程中溶質(zhì)元素的分布及凝固組織的形成規(guī)律，并盡可能地結(jié)合圖解與數(shù)學(xué)推導(dǎo)給予定性或定量的描述。在此基礎(chǔ)上，介紹了幾種典型的凝固技術(shù)及其凝固組織的控制原理、方法和思路。全書共分11章：第1章簡要介紹了凝固成形的基本問題與發(fā)展概況；第2～6章主要闡述了凝固過程的基本原理，包括凝固熱力學(xué)與動力學(xué)、凝固過程的溶質(zhì)再分配、固一液界面理論與晶體生長規(guī)律以及凝固過程中液態(tài)金屬的流動等；第7章介紹了凝固組織與偏析的形成及其控制原理和方法；第8～11章重點(diǎn)介紹了幾種典型凝固技術(shù)，包括定向凝固技術(shù)、快速凝固技術(shù)、連續(xù)鑄造以及復(fù)合材料制備中的凝固問題。各章均附有習(xí)題，全書末附有參考文獻(xiàn)。

書籍目錄

前言第1章 凝固成形的基本問題與發(fā)展概況1.1 基本問題1.2 發(fā)展概況第2章 凝固的熱力學(xué)基礎(chǔ)2.1 材料凝固概述2.2 純金屬的凝固熱力學(xué)2.3 二元合金的穩(wěn)定相平衡2.4 溶質(zhì)平衡分配系數(shù)及界面溶質(zhì)分配系數(shù)習(xí)題第3章 凝固動力學(xué)3.1 自發(fā)形核3.2 非自發(fā)形核3.3 固-液界面結(jié)構(gòu)3.4 晶體生長方式習(xí)題第4章 單相合金的凝固4.1 凝固過程的溶質(zhì)再分配4.2 金屬凝固過程中的“成分過冷”4.3 界面穩(wěn)定性與晶體形態(tài)4.4 胞晶組織與樹枝晶習(xí)題第5章 多相合金的凝固5.1 共晶合金的凝固5.2 偏晶合金的凝固5.3 包晶合金的凝固習(xí)題第6章 凝固過程中的傳熱、傳質(zhì)與液體流動6.1 傳輸現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述6.2 凝固過程中的傳熱6.3 凝固過程中的傳質(zhì)6.4 凝固過程中的液體流動習(xí)題第7章 鑄件凝固組織控制7.1 鑄件凝固組織的形成7.2 等軸晶的晶粒細(xì)化7.3 凝固組織中的偏析及其控制7.4 凝固收縮及其控制7.5 半固態(tài)金屬的特性及半固態(tài)鑄造習(xí)題第8章 定向凝固與單晶生長8.1 定向凝固的理論基礎(chǔ)8.2 非平衡凝固8.3 定向凝固工藝8.4 激光快速定向凝固習(xí)題第9章 快速凝固9.1 快速凝固條件及其特征9.2 快速凝固過程的動力學(xué)與熱力學(xué)9.3 材料的快速凝固制備技術(shù)習(xí)題第10章 連續(xù)鑄造10.1 鋼錠的連鑄技術(shù)10.2 鋁合金的連鑄技術(shù)10.3 熱型連鑄技術(shù)習(xí)題第11章 復(fù)合材料制備中的凝固問題11.1 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料11.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　凝固是材料成形加工過程中一種非常重要的物理化學(xué)現(xiàn)象。它是將固體材料加熱到液態(tài)，然后使其按人們預(yù)定的尺寸、形狀及組織形態(tài)，再次冷卻至固態(tài)的過程。材料在凝固過程中，既涉及到物理和物理化學(xué)變化，還涉及到化學(xué)變化過程，因此對材料凝固現(xiàn)象的研究，滲透了多學(xué)科的知識，并處于當(dāng)代材料研究領(lǐng)域的前沿。半導(dǎo)體工業(yè)中大規(guī)模集成電路的規(guī)模與效率，與凝固有關(guān)；復(fù)合材料制備時的界面問題，與凝固有關(guān)；高能束表面材料及梯度材料的獲得，也與凝固有關(guān)?！　≡诓牧系某尚渭庸ぶ?，鑄造、焊接與粉末冶金過程，都與凝固過程須臾不可分離。其中金屬的熔化、澆注和凝固構(gòu)成了整個生產(chǎn)過程的主線，而凝固則是鑄件成形過程的核心，它決定著鑄件組織和鑄造缺陷的形成，因而決定了產(chǎn)品最終的性能與質(zhì)量。　　1.凝固過程中材料物理性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)的變化　　凝固過程是材料由液相向固相轉(zhuǎn)化的過程。在這種液固轉(zhuǎn)化過程中，材料的物理性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生了改變。概括地說，下列的幾種改變是我們在討論與研究凝固問題時需要引起重視的。　?。?）體積改變　　大多數(shù)材料在經(jīng)歷液一固轉(zhuǎn)變時，其體積將縮小3％～5％，即原子的平均間距減小1％～1.7％。這種看似簡單的體積縮小，卻會導(dǎo)致凝固過程產(chǎn)生一系列凝固缺陷，如凝固時產(chǎn)生的縮孔、縮松，凝固應(yīng)力引起的變形、裂紋等，使得凝固過程的控制成為一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。當(dāng)然，并非所有的材料在經(jīng)歷液一固轉(zhuǎn)變時體積都會縮小，比如水結(jié)冰時，體積反而增加；含有石墨的鑄鐵凝固時，由于析出石墨，體積也會有所增加，這就是我們常說的“石墨化膨脹”。

編輯推薦

　　《金屬凝固原理》是西安交通大學(xué)研究生創(chuàng)新教育系列教材。

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