凝固技术
1998-10
机械工业出版社
周尧和
无
凝固技术是以凝固原理为基础，进行凝固过程控制的工程技
术领域，其目标是根据材料或产品使用性能的需求，获得期望的
微观组织和无凝固缺陷的铸件或铸锭。研究凝固技术对控制材料
和铸件的质量、研制和开发新材料具有极其重要的意义。
本书除反映国内外凝固技术的最新进展外，重点总结了西北
工业大学与中国科学院沈阳金属研究所的“凝固技术”与“快速
凝固非平衡合金”两个国家重点实验室的多年研究成果及目前人
们关注的凝固技术前沿科学。
本书共9章三大部分：凝固原理及新进展（1、2章），凝固过程
控制因素（3章），各种凝固技术（4～9章）。具体内容是：概论；凝
固过程的基本原理；凝固过程的传热、传质与液体流动；铸件凝
固组织控制；定向凝固与单晶生长；快速凝固；连续铸造；金属
基复合材料制备中的凝固问题；特殊条件下的凝固。
本书可供从事铸造与材料工程方面的科研、教学和工程技术
人员阅读，也可作为研究生的参考书。
作者简介
周尧和 1927年生，上海交
通大学、西北工业大学教
授，博士导师，中国科学院
院士，曾任国务院学位委员
会学科评议组成员、中国铸
造学会理事长、国际铸造学
会主席主持创建了“凝固
技术国家重点实验室”；长
期从事凝固理论与凝固技术
研究，发表论文200余篇，
获省部级科技进步奖1：项，
国家发明奖及国家科技进步
奖各1项。
胡壮麒 1929年生.中国科
学院沈阳金属研究所研究
员.博士导师，中国工程院
院士.中国材料学会理事，
创建了“快速凝固非平衡合
金国家重点实验室”；长期
从事定向凝固、高温合金和
亚稳材料研究，发表论文
275篇专著2本，获省部级
科技进步奖9项，国家发明
奖及国家科技进步奖3项，专
利3项。
介万奇 1959年生，西北工
业大学材料学院院长，教
授，博士导师；曾任“凝固
技术国家重点实验室”副主
任；―直从事凝固理论与凝
固技术的研究，发表论文50
多篇，获省部级科技进步奖
4项，国家发明奖1项。
目 录
前言
符号表
第1章 概论
1凝固过程的研究对象
2凝固过程的研究方法
3凝固过程理论研究的进展
4凝固技术
参考文献
第2章 凝固过程的基本原理
第1节 相图与凝固
1二元合金的凝固方式
2二元合金凝固过程的溶质再分配
3多元合金的凝固
第2节 晶体的形核
1均质形核的基本理论
2异质形核
3形核的影响因素与形核控制
第3节 晶体的长大
1晶体的生长方式与生长速率
2晶体生长形态
第4节 单相合金的凝固
1单相合金凝固组织的表征与控制参数
2凝固组织研究的新进展
第5节 共晶合金的凝固
1规则共晶生长
2共晶生长的其他问题
第6节 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
参考文献
第3章 凝固过程的传热 传质与液体流动
第1节 凝固过程的传热
1传热条件与凝固方式
1.1定向凝固过程
1.2体积凝固过程
2凝固过程传热的方式与特点
3凝固过程传热的研究方法
4温度场与凝固过程的分析
4.1铸件凝固时间的确定
4.2铸件传热条件的简化
第2节 凝固过程中的传质
1凝固过程中的溶质平衡
2传质过程的控制方程
3平界面一维凝固过程溶质的扩散与再分配
4枝晶凝固过程中的溶质传输
第3节 凝固过程的液体流动
1凝固过程液体流动的分类
1.1自然对流
1.2强迫对流
1.3亚传输过程引起的流动
2凝固过程液相区的液体流动
3液相流动对传热和传质过程的影响
4液相区的对流对凝固组织的影响
5枝晶凝固过程两相区中的液体流动
6两相区内温度场 浓度场与流场的耦合
参考文献
第4章 铸件凝固组织控制
第1节 铸件凝固组织的形成
1凝固条件与凝固方式
2铸件的典型凝固组织与形成过程
3等轴晶的形核
4铸件典型凝固组织形态的控制
第2节 等轴晶的晶粒细化
1添加晶粒细化剂法
2动力学细化法
3熔炼及浇注过程的温度控制
第3节 多相合金凝固过程的变质处理
第4节 凝固组织中的偏析及其控制
1枝晶凝固组织中的微观偏析及其控制
2定向凝固组织中的宏观偏析
3铸锭中的宏观偏析
第5节 凝固收缩及凝固组织致密度的控制
1凝固收缩率
2缩松的形成与控制
3强化补缩的方法――保温冒口与保温补贴
第6节 合金液的净化
1合金液净化的主要方法
2合金液过滤处理的基本方法和原理
3泡沫陶瓷过滤片型内过滤的工艺设计
第7节 半固态金属的特性及半固态铸造
1半固态金属的特性
2连续搅拌对半固态金属凝固的影响
3半固态铸造
第8节 部分凝固提纯技术
参考文献
第5章 定向凝固与单晶生长
第1节 定向凝固的理论基础
1固液界面形态选择
1.1成分过冷理论
1.2绝对稳定理论
2定向凝固时的枝晶生长
2.1特征长度
2.2等温界面下的枝晶生长
2.3不等温界面的枝晶生长
第2节 非平衡凝固
1分形理论的应用
2微量元素对定向凝固的影响
3超高温度梯度下的定向凝固
4侧向约束下的定向凝固
5对流下的定向凝固
第3节 定向凝固工艺
1发热剂法（EP法）
2功率降低法（PD法）
3高速凝固法（HRS法）
4液态金属冷却法（LMC法）
5流态床冷却法（FBQ法）
6区域熔化液态金属冷却法（ZMLMC法）
7定向凝固过程的模拟
8单晶制备
参考文献
第6章 快速凝固
第1节 实现快速凝固的条件及凝固特征
1快速凝固方法
2快速凝固的特征
第2节 快速凝固过程的动力学与热力学
1单相合金快速凝固
2共晶合金的快速凝固组织
3亚稳定相与非晶态的形成
第3节 粉末材料快速凝固制备技术
1液态合金液滴的形成与凝固
2流体雾化法
2.1亚音速气体雾化法
2.2音速气体雾化法
2.3超音速气体雾化法
2.4水雾化法
3离心雾化法
3.1旋转电极法
3.2旋转圆杯/盘法
第4节 低维材料的快速凝固
1金属碎片的快速凝固
2金属带材的快速凝固
2.1单辊法
2.2双辊法
2.3溢流法
2.4甩出法
2.5复合夹层带材的快速凝固技术
3线材的快速凝固
3.1玻璃涂覆熔液纺绩法（Taylor法）
3.2合金液流注入液体冷却液法（Kavesh法）
3.3旋转水纺绩法
3.4传送带法
第5节 体材料的快速凝固
1液态金属深过冷法
1.1熔融玻璃净化法
1.2悬浮熔炼法
2喷射沉积法
2.1喷射沉积法的技术基础
2.2喷射沉积法的工艺过程控制
第6节 激光表面处理技术
1激光表面处理技术的发展
2激光的辐射与吸收
3材料表面的加热 熔化与快速凝固
4激光表面熔凝处理工艺
参考文献
第7章 连续铸造
第1节 连铸技术的发展
第2节 钢锭的连铸技术
1钢锭连铸的基本方法与凝固特性
2钢锭连铸工艺过程的控制环节
2.1结晶器的结构设计
2.2结晶器振动
2.3连铸速率的控制
2.4钢锭的弯曲与矫直
3连铸钢锭凝固组织 缺陷及其形成原理
3.1连铸钢锭的凝固过程与组织
3.2连铸钢锭中的偏析
3.3连铸钢锭的变形与裂纹
4连铸钢锭凝固组织与缺陷的控制措施
4.1控制凝固组织的化学方法
4.2温度控制
4.3浇注过程的控制
4.4电磁搅拌技术
第3节 其他合金的连铸技术
1铝合金的连续铸造
1.1铝合金连铸过程的导热特性
1.2凝固组织的控制
1.3氧化夹渣的防止
2其他合金的连铸
2.1铜合金
2.2金属间化合物及钛合金
2.3铸铁
第4节 薄板的连铸技术
1钢锭的液芯轧制
2薄板连铸连轧技术
3其他薄板连铸技术
3.1单带激冷连铸技术
3.2喷射沉积带材连铸技术
3.3反铸造法
第5节 OCC连铸技术
1OCC连铸技术的原理与特点
2OCC连铸方法
3OCC连铸的凝固过程与质量控制
3.1OCC连铸过程传热条件的分析
3.2凝固界面的控制
3.3凝固组织的形成过程
参考文献
第8章 金属基复合材料制备中的凝固问题
第1节 复合材料的发展
第2节 长纤维增强金属基复合材料液相制备
1增强纤维与基体材料的界面特性
1.1界面特性对材料性能的影响
1.2增强纤维与合金液的化学作用
1.3合金液对纤维的润湿特性
1.4纤维的保护与预处理
2纤维预制体中合金液的浸渗过程
2.1浸渗工艺
2.2纤维预制体中孔隙结构的分析
2.3合金液浸渗过程的动力学分析
2.4合金液浸渗过程的热平衡
3合金液在纤维预制体中的凝固过程
3.1自由凝固
3.2定向凝固
第3节 颗粒增强复合材料的制备
1搅拌混合法制备技术
1.1合金液与增强颗粒的界面特性
1.2合金液与增强颗粒的搅拌混合
1.3增强颗粒与合金液混合物的凝固
2浸渗法制备技术
3共喷射沉积法制备技术
3.1基本方法
3.2增强颗粒与合金液滴的相互作用
3.3共喷射沉积复合材料的凝固特性
第4节 自生复合材料的凝固
1固液相反应法自生复合材料制备技术
1.1基本原理和方法
1.2化学平衡条件的分析
1.3化学反应动力学过程分析
2自蔓延法复合材料制备技术
参考文献
第9章 特殊条件下的凝固
第1节 微重力凝固
1重力引起的不完整性
2Marangoni对流
3微重力条件下的过冷与形核
4凝固时的对流效应
5微重力下的定向凝固
6难混溶液态合金的凝固
7微重力研究设备
第2节 超重力凝固
1重新层流化
2超重力下的形核
第3节 电脉冲作用下的凝固特性
1电脉冲驱动下的非平衡相变理论
2电脉冲对合金组织结构的影响
第4节 电磁场中的凝固
1三传效应的数学分析及数值模拟
1.1流体流动下的传热数学模型
1.2流体流动下的传质数学模型
1.3流体流动下的动量传递数学模型
1.4电磁离心铸造速度场的理论推导及计算结果
2环境做功对溶质有效分配因数的影响
3环境做功对温度梯度的影响
4磁场对对流的影响
5电磁铸造的应用
5.1电磁铸造对结晶形态的影响
5.2电磁离心铸造HK40钢的组织和性能
第5节 高压下的凝固
1高压下凝固的发展
2压力对熔体粘度 密度及相图的影响
3压力对非晶态形成温度和能力的影响
4压力对形核速率和生长速率的影响
5Cu Ti非晶合金的形成
6高压下制备纳米晶材料
参考文献
无