全书分成8章，在说明液体的结构（第1章）和凝固发生的条件（第2章）的基础上，从原子级或微观结构形成的角度，讨论晶核的形成和晶体的长大（第3章），第4章和第5章阐述凝固过程的热量、质量和动量传输，第6章讨论凝固过程控制与非晶态、微晶和准晶的形成。
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目录
前言
主要符号表
绪论 1
参考文献 3
第1章 液体结构与物理性质 5
1.1 液体结构的研究方法 5
1.1.1 X射线衍射图 5
1.1.2 径向分布函数 6
1.2 液体的结构 8
1.2.1 晶体的结构简述 8
1.2.2 熔化引起的结构变化 10
1.2.3 短程序概念 10
1.2.4 温度的影响 11
1.2.5 液体的结构类型 12
1.2.6 液体结构的不均匀性 14
1.3 熔化产生的物理参数变化 14
1.3.1 潜热 14
1.3.2 体积变化 15
1.3.3 导电、导热与扩散性能 15
1.4 界面现象 15
1.4.1 界面能 16
1.4.2 Laplace方程 17
1.4.3 溶质元素的影响 19
1.4.4 多相界面张力平衡 19
1.5 黏度 21
1.5.1 温度对黏度的影响 22
1.5.2 溶质对黏度的影响 23
1.6 液体结构模型和理论 24
1.6.1 液体结构理论 24
1.6.2 液体内分子运动的计算机模拟 26
1.6.3 液态中的电子态 27
参考文献 27
第2章 凝固的热力学基础 29
2.1 相变反应自发性判断标准 29
2.1.1 过冷 29
2.1.2 单成分系统ΔG的计算 31
2.1.3 二元溶液的自由能成分图 31
2.2 相平衡 33
2.2.1 非均质系内相平衡的条件 33
2.2.2 亚稳相 35
2.2.3 压力对相平衡的影响 39
2.2.4 界面对平衡的影响 40
参考文献 41
第3章 凝固的结晶学基础 42
3.1 经典形核理论 43
3.1.1 晶核的临界半径 43
3.1.2 异质基底上结晶的条件 47
3.1.3 形核率 49
3.2 固液界面结构 50
3.2.1 固液界面的实验观察 50
3.2.2 固液界面结构模型和理论 51
3.3 晶体生长 55
3.3.1 动力学过冷 55
3.3.2 生长机制 56
3.3.3 凝固形成的晶体缺陷 61
3.3.4 晶界 65
3.3.5 动力学：生长速率 70
3.4 凝固过程溶质的分配 72
3.4.1 分布系数 72
3.4.2 平衡与非平衡凝固 73
3.4.3 固液界面平衡假设 75
3.4.4 凝固时溶质的分布规律 75
3.4.5 无溶质扩散的凝固过程 81
3.5 凝固前沿固液界面的稳定性 83
3.5.1 成分过冷 83
3.5.2 固液界面的稳定性 85
3.6 多相合金的结晶 90
3.6.1 共晶合金的结晶 90
3.6.2 包晶结晶 97
3.6.3 偏晶结晶 99
参考文献 104
第4章 凝固过程的传热问题 108
4.1 凝固区域 108
4.1.1 确定凝固区域位置的实验方法 108
4.1.2 铸件的凝固方式 109
4.2 铸件铸型界面 111
4.3 基于热传导确定温度场的方法 114
4.3.1 热传导的偏微分方程 115
4.3.2 数学分析方法求解 115
4.3.3 数值计算法求解 118
4.4 Chvorinov法则 124
参考文献 126
第5章 凝固过程液相的流动现象 128
5.1 熔体中的颗粒、气泡和液滴 128
5.1.1 单个颗粒在液相中的运动 128
5.1.2 气泡和液滴在液相中的运动 131
5.2 凝固过程液相流动现象 131
5.2.1 驱动力 132
5.2.2 凝固过程液相对流现象 132
5.3 用数学描述凝固过程流体流动的方法 144
5.3.1 糊状区的处理 145
5.3.2 守恒方程 147
5.3.3 数学模型的建立 147
5.4 充型过程流动 158
5.4.1 充型过程的流动现象 158
5.4.2 浇注系统设计原理 159
5.4.3 熔体的流动性及其测定方法 164
5.4.4 熔体成分对充型能力的影响 165
5.4.5 铸型条件对充型能力的影响 168
5.5 半固态熔体的流变行为 170
5.5.1 半固态金属浆料的制备 172
5.5.2 半固态浆料成型技术 173
参考文献 174
第6章 凝固组织及其控制 178
6.1 晶粒组织 178
6.2 铸态宏观组织 182
6.2.1 表面激冷层 182
6.2.2 柱状晶 183
6.2.3 等轴晶 184
6.2.4 混合组织 184
6.2.5 亚结构 188
6.3 影响晶粒组织的因素 189
6.3.1 成分 189
6.3.2 热流 190
6.3.3 熔体状况 193
6.3.4 流动 193
6.4 非晶态固体、准晶、纳米晶、微晶 195
6.4.1 非晶态相 195
6.4.2 准晶 200
6.4.3 微晶、纳米晶 202
6.5 凝固组织控制 203
6.5.1 柱状晶与等轴晶的选择 203
6.5.2 熔体处理：孕育（变质）剂 204
6.5.3 扰动：振动与电磁搅拌 207
6.5.4 单向柱状晶与单晶铸件：单向凝固 210
6.5.5 从熔体生长晶体 215
6.5.6 快速凝固 218
6.6 熔化焊接金属的凝固 226
6.6.1 熔化焊接金属的凝固条件 226
6.6.2 熔化焊接金属的组织与控制 227
参考文献 230
第7章 伴随凝固与冷却过程产生的现象 235
7.1 由液态至常温的体积变化 235
7.1.1 收缩的一般规律 235
7.1.2 收缩系数与收缩率 236
7.1.3 铸造收缩率 236
7.2 缩孔与缩松 241
7.2.1 缩孔 241
7.2.2 缩松 246
7.2.3 凝固过程膨胀的影响 249
7.3 在固相线附近温度区间形成裂纹 251
7.3.1 裂纹特征 252
7.3.2 热裂形成温度 252
7.3.3 形成热裂的原因 254
7.3.4 合金的热裂敏感性 256
7.4 冷却过程产生的内应力 258
7.4.1 热应力 259
7.4.2 消除残留应力的方法 261
7.4.3 冷裂 262
7.5 凝固过程中的气体问题 264
参考文献 269
第8章 陶瓷材料中的凝固问题 271
8.1 陶瓷材料凝固的特点 271
8.2 陶瓷材料熔铸 271
8.2.1 玻璃 271
8.2.2 结晶陶瓷 272
8.2.3 从熔体直接获得结晶陶瓷 273
8.3 固相窄缝中液相的凝固问题 280
8.3.1 液相烧结过程液相的形成与特点 281
8.3.2 液相在固相间隙中的流动与分配 282
8.3.3 液相与固相的相互作用 284
8.3.4 液相的凝固 289
参考文献 290
索引 292
案例目录
案例1.1 一些液态金属的X射线衍射强度曲线 5
案例1.2 铋的径向分布函数 7
案例1.3 金的径向分布函数 7
案例1.4 铌酸锂的晶体结构 9
案例1.5 一些金属的配位数 11
案例1.6 温度对Ar径向分布函数的影响 12
案例1.7 铌酸锂的熔体结构 12
案例1.8 水的结构 13
案例1.9 一些物质的汽化潜热和熔化潜热对比 14
案例1.10 液态金属的表面张力 17
案例1.11 最大气泡压力法测量表面张力 18
案例1.12 一些溶质元素对Al表面张力的影响 19
案例1.13 常见液态金属的黏度 21
案例1.14 Al-Cu合金的黏度 23
案例1.15 Sn-Bi合金的黏度 23
案例1.16 随机密集堆积刚球的径向分布函数 25
案例1.17 物质中分子运动轨迹的计算机模拟 26
案例2.1 单成分系统的冷却曲线 30
案例2.2 铸铁的冷却曲线 30
案例2.3 共晶系相图与自由能成分图 33
案例2.4 碳的亚稳相 35
案例2.5 Fe-C系的亚稳相 36
案例2.6 共晶系相图中共生区位置的研究 37
案例2.7 拐点的概念 37
案例3.1 结晶的动态过程 42
案例3.2 富Fe相晶体作为Cu结晶基底 45
案例3.3 与基底接触的新相表面层被变形的实例 47
案例3.4 Al3Ti作为Al结晶基底 48
案例3.5 加P为Al-Si合金初生硅提供结晶基底 48
案例3.6 晶体Si与液相Al-Si合金界面 50
案例3.7 Al的固液界面 51
案例3.8 纯Ni固液界面的分子动力学模拟 55
案例3.9 VLS晶体生长方法 56
案例3.10 Al-Si合金Si晶体生长的电镜观察 58
案例3.11 枝晶生长的相场模拟 60
案例3.12 提拉法生长无位错Si单晶体 63
案例3.13 铸铁中石墨的旋转孪晶 64
案例3.14 Al-Si合金初生Si的反射孪晶 65
案例3.15 泡沫模型演示晶界 66
案例3.16 沸腾钢中残存FeO的形貌 68
案例3.17 加稀土元素后铜合金的晶周相形貌 69
案例3.18 钢中镜片状夹杂物 69
案例3.19 脱氧铜的平衡组织 70
案例3.20 富Al晶体的生长速率实验研究 71
案例3.21 两种类型分布系数举例 72
案例3.22 Al-（4～5）%Cu二元合金的非平衡凝固 74
案例3.23 区域熔炼 79
案例3.24 Ag-Cu系的T0线 83
案例3.25 Pb凝固前沿表面的平面组织 86
案例3.26 Al-CuAl2共晶合金凝固前沿表面的平面组织 87
案例3.27 Pb-0.1%Sn的胞状组织 88
案例3.28 Al-Cu单相合金的胞状组织 88
案例3.29 Al-Ag2Al共晶合金的胞状组织 88
案例3.30 Al-Si合金共晶体凝固 91
案例3.31 灰铸铁共晶团形貌 92
案例3.32 球墨铸铁的共晶团形貌 93
案例3.33 Ag-Cu合金共晶凝固组织 94
案例3.34 Zn-Mg合金共晶凝固组织 95
案例3.35 LiF-NaF和NaF-NaCl的共晶组织 96
案例3.36 灰铸铁中三元P共晶形貌 96
案例3.37 Al-Cu-Mg三元共晶体形貌 96
案例3.38 铝黄铜ZCuZn24Al5Fe2Mn2的凝固过程 99
案例3.39 Zn-Cu包晶合金的凝固组织 99
案例3.40 Al-Bi偏晶合金的单向凝固 102
案例3.41 Al-In偏晶合金的单向凝固组织 102
案例3.42 Al-Pb偏晶合金的微观结构 103
案例4.1 用自射线照相显示铸锭的凝固边界 109
案例4.2 锡青铜Cu88Sn10Zn2的凝固动态曲线 110
案例4.3 砂型铸件的界面 111
案例4.4 金属型铸件的界面 112
案例4.5 连铸坯结晶器的界面 113
案例4.6 一维导热问题的数学分析解 115
案例4.7 连续铸钢机的凝固常数 117
案例4.8 大型船用螺旋桨铸件温度场的测定 119
案例4.9 圆坯连续铸钢结晶器内热与力学行为的研究 119
案例5.1 钢液内夹杂物上浮速率计算 130
案例5.2 垂直单向凝固过程糊状区局部对流形成机制的研究 133
案例5.3 垂直单向凝固铸件的斑点缺陷 134
案例5.4 钢锭凝固过程液相对流模式测定 136
案例5.5 三维散热凝固过程糊状区局部对流的实验观察 137
案例5.6 三维散热铸锭的A型偏析 137
案例5.7 逆偏析举例 139
案例5.8 大型铝黄铜螺旋桨中铁偏析的研究 140
案例5.9 In-Sb合金在超重力条件下凝固 142
案例5.10 Zn-Bi合金在微重力条件下凝固 142
案例5.11 渗透率经验值的选取 146
案例5.12 计算枝晶间流动速率 148
案例5.13 应用连续模型预测二元合金单向凝固 150
案例5.14 应用连续模型预测二元合金凝固 152
案例5.15 应用体积平均模型预测二元合金单向凝固 154
案例5.16 封闭式浇注系统的计算 160
案例5.17 铸铁熔体流动速率和阻力系数的测定 162
案例5.18 使用水模拟方法优化集渣包尺寸 164
案例5.19 Pb-Sb系的铸造流动性 166
案例5.20 Al-Si系的流动性 167
案例5.21 液态金属停止流动机理的研究 167
案例5.22 浇注温度对铸铁充型能力的影响 168
案例5.23 充填狭窄型腔临界压头计算 170
案例5.24 半固态Al-4.5%Cu-1.5%Mg合金的流动性 171
案例5.25 半固态触变成型角框件 173
案例6.1 铁碳系平衡凝固时晶粒的形成 179
案例6.2 大型钢锭的铸态组织与宏观偏析 185
案例6.3 连续铸钢方坯晶粒组织与凝固速率的关系 191
案例6.4 ZG4Cr25Ni40（HK-40）钢离心铸管铸态宏观组织 194
案例6.5 微重力对二次枝晶臂间距的影响 194
案例6.6 非晶态Pd-20%（原子分数）Si合金电子衍射图 196
案例6.7 非晶态Se的径向分布函数 197
案例6.8 非晶态硅的无规网络模型 198
案例6.9 氧化硅玻璃的结构 199
案例6.10 准晶的发现 200
案例6.11 深过冷Al72Ni12Co16合金凝固形成的准晶 201
案例6.12 Penrose模型 201
案例6.13 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶结构的形成 202
案例6.14 超级合金燃气轮机整体铸造径向导风轮轮毂晶粒细化 204
案例6.15 孕育铸铁 205
案例6.16 Al-Si合金变质处理 206
案例6.17 超声波振动Sn-Sb合金组织 207
案例6.18 脉冲强磁场处理铝熔体 208
案例6.19 高压脉冲强电流处理铝熔体 208
案例6.20 电磁搅拌在连续铸钢中应用 210
案例6.21 燃气轮机精密铸造叶片 211
案例6.22 制备具有特定取向的TbDyFe合金 212
案例6.23 连铸单晶线材 212
案例6.24 多晶硅单向凝固铸锭 214
案例6.25 Al-Si共晶合金的单向凝固的研究 214
案例6.26 溅射铝合金的枝晶臂间距的研究 219
案例6.27 喷射雾化与喷射沉积Al75Mn10Cr5Si10合金的形态和微观组织 221
案例6.28 自由喷射熔体甩出法（free-jetmeltspinning）制造金属薄带 223
案例6.29 自由喷射单辊法制造微晶薄带 224
案例6.30 激光重熔参数举例 225
案例6.31 悬浮熔炼法举例 225
案例6.32 不锈钢熔焊焊缝组织的研究 227
案例6.33 ZG4Cr25Ni40钢（HK40）高温炉管的焊缝组织 227
案例6.34 钢板点焊的凝固组织 228
案例7.1 铸钢的收缩 237
案例7.2 铸铁的收缩 238
案例7.3 有色金属的收缩 240
案例7.4 明冒口与补贴应用举例 244
案例7.5 轮形铸件轮缘的补缩方案 244
案例7.6 大气压力冒口 244
案例7.7 使用Chvorinov法则计算冒口举例 245
案例7.8 冒口大小对以糊状方式凝固的铸件的影响 247
案例7.9 锡青铜海水阀体铸造工艺 248
案例7.10 亚共晶灰铸铁和球墨铸铁的缩孔 249
案例7.11 产生热裂的温度范围的研究 253
案例7.12 在两壁交接处形成外热裂举例 255
案例7.13 由于铸造工艺设计不良引起热裂举例 255
案例7.14 双金属离心铸造缸套的裂纹缺陷 255
案例7.15 合金的热裂敏感性的研究 257
案例7.16 铸件内应力例一 260
案例7.17 铸件内应力例二 261
案例7.18 亚共振振动（sub-resonantvibrations）消除残留应力 262
案例7.19 冷裂纹的穿晶断裂特征 263
案例7.20 铸铁机床床身冷裂 263
案例7.21 熔模精密铸造铸件冷裂 264
案例7.22 凝固过程气体析出机制的模拟研究 265
案例7.23 氢引起的形状不规则的气孔 266
案例7.24 皮下气孔的形成机制 266
案例7.25 铝黄铜铸锭气孔分析 267
案例7.26 Gasar方法 268
案例8.1 Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷材料 272
案例8.2 铸造玄武岩板材工艺 272
案例8.3 玄武岩单向凝固的实验研究 273
案例8.4 CaO-MgO-Al2O3-SiO2系离心铸管的凝固过程 278
案例8.5 Si3N4-MgO系陶瓷烧结时液相的形成与其凝固组织 281
案例8.6 使用熔渗工艺生产Fe-石墨渗Cu制品 282
案例8.7 金属陶瓷的湿润性问题 283
案例8.8 液相存在时毛细管力的模型 284
案例8.9 W-Ni系陶瓷烧结过程研究 287
案例8.10 ZnO-Bi2O3系陶瓷的非晶态相 289
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