Materials Processing During Casting pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Fredriksson, Hasse/ Akerlind, Ulla

出品人:

页数:442

译者:

出版时间:2006-6

价格:759.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780470015148

丛书系列:

图书标签:

铸造
材料加工
金属材料
凝固结晶
组织控制
缺陷分析
工艺优化
热力学
相变
数值模拟

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具体描述

Casting is one of the most important processes in materials technology. In this unique book, each step in the casting and solidification process is described and models are set up, which in many cases can be approximated by simplified analytical expressions. All casting methods are featured, including component casting, ingot casting and continuous casting. Applications of the results are given in numerous worked examples within the text. Conclusions on how to avoid cracks, solidification pores, slag inclusions and other defects of the castings, can be drawn from the theoretical models. These conclusions are based on research results, which together give an idea of the development in the manufacture of castings. Most chapters conclude with a number of exercises, answers to which are given at the end of the book. The accompanying 'Guide to Exercises', provides the complete solutions to each of the exercises.

金属铸造过程中的材料行为与组织演变本书聚焦于金属铸造过程中材料从液态到固态转变的复杂物理化学现象，深入剖析了凝固动力学、冶金反应以及最终铸件微观结构形成的全过程。本书旨在为材料科学家、铸造工程师以及从事金属成形和凝固研究的人员提供一个全面而深入的视角，以理解和控制铸件的质量与性能。我们不探讨“Materials Processing During Casting”这一特定书籍的内容，而是专注于涵盖现代铸造科学核心领域的关键主题。第一部分：液态金属行为与前处理本部分首先建立起对铸造过程前体——液态金属——的理解基础。 1. 熔炼与精炼技术：详细讨论了各种熔炼炉（如感应炉、电弧炉、真空感应炉）的工作原理及其对金属纯度的影响。重点阐述了熔体中的气体溶解度、夹杂物的形成机制及其去除技术，包括真空处理、惰性气体吹扫和脉冲搅拌等先进精炼方法。对非金属夹杂物（氧化物、氮化物、硫化物）的种类、形态和对机械性能的潜在危害进行了细致的分类和评估。 2. 熔体流动性与润湿性：深入分析了影响熔体填充效率的关键参数，如粘度、表面张力以及熔体与型壳材料之间的润湿行为。讨论了流体力学理论在预测复杂铸件型腔充填过程中的应用，包括层流与湍流的转变、温度梯度对流动模式的影响，以及如何通过优化浇注系统设计（冒口、分型面、内浇口）来避免气孔、冷隔和卷气缺陷。 3. 变质处理与晶粒细化：详细考察了对有色金属（特别是铝、镁合金）至关重要的变质（Modification）和晶粒细化（Grain Refinement）技术。阐述了引入微小非金属粒子（如Al-Ti-B母合金）如何通过提供大量的异质形核核心，有效细化初晶相的晶粒尺寸，从而显著提高铸件的强度、塑性和抗蠕变性能。讨论了在线处理技术和传感器应用在实时监测变质效果中的作用。第二部分：凝固过程的物理化学基础这是本书的核心部分，侧重于液-固相转变的微观机制。 1. 凝固热力学与相图解释：系统回顾了纯金属和合金的相图，特别是二元和三元合金体系中的固/液相线、共晶点和包晶点的热力学意义。利用吉布斯自由能最小化原理，解释了相变发生的驱动力以及过冷度（Supercooling）对形核率和生长速率的决定性影响。 2. 界面能与形核：深入分析了均质形核和非均质形核的理论模型。重点讨论了型壳壁或引入的晶粒细化剂作为异质形核点的作用效率。引入了临界半径和形核功的概念，解释了在实际铸造条件下，形核必须克服的能量障碍。 3. 凝固生长动力学：详细阐述了树枝状（Dendritic）生长机制。通过分析扩散控制（Diffusion-controlled）和对流控制（Convection-controlled）两种模式，解释了树枝侧枝（Side Branching）的形成与发展。对比了平面凝固、柱状晶（Columnar）凝固和等轴晶（Equiaxed）凝固在不同冷却速率和温度梯度下的形成条件，以及这对铸件内部宏观偏析的影响。 4. 溶质偏析理论：详细探讨了凝固过程中溶质元素的重新分配现象，即宏观偏析和微观偏析。应用李弗（Lever Rule）和包勒（Back-candid）方程分析了初凝和终凝液相中的溶质富集程度。着重分析了枝晶间液相的成分变化如何导致铸件性能的不均匀性，以及如何通过快速凝固或高流动性来抑制严重的偏析现象。第三部分：铸件冷却与残余应力本部分关注凝固完成后，铸件在冷却过程中发生的组织变化和宏观力学响应。 1. 冷却速率的量化与模型：介绍了冷却速率在铸造工程中的重要性。应用查斯特（Chvorinov's）规则，建立了冷却时间与铸件几何形状、型腔材料导热性能之间的定量关系。讨论了数值模拟（如有限元法）在预测铸件不同区域冷却速率曲线和获得精确温度场分布中的应用。 2. 相变与组织演变：针对不同类型的铸造合金（如铸铁、钢、铝合金），系统分析了冷却过程中固态相变。例如，在铸铁中，冷却速率对石墨形态（片状、球状）和基体组织（铁素体、珠光体）的控制；在钢中，对贝氏体和马氏体的形成敏感性。强调了冷却速度对晶粒尺寸、晶界宽度和最终相分布的决定性作用。 3. 凝固收缩与残余应力：详细分析了金属凝固收缩（体积收缩）的三个阶段：液态收缩、柱状晶收缩和固态收缩。解释了由于凝固顺序不均和冷却速率差异导致的内部应力（Thermal Stress）和收缩应力（Shrinkage Stress）的产生机理。重点讨论了如何通过优化冒口设计、设置冷却引导剂以及后续的热处理（如应力消除退火）来控制和释放有害的残余应力，防止铸件变形或产生冷裂纹。第四部分：缺陷的成因、识别与预防本部分侧重于将理论知识应用于实际的质量控制。 1. 气孔与气孔：区分了卷气（Entrapped Air）和析气（Gas Evolution，如氢气在铝中的溶解度下降）引起的缺陷。探讨了氢气的去除、合金熔炼的惰性气氛控制，以及浇注技术（如真空低压浇注）对减少气孔缺陷的有效性。 2. 缩孔与疏松：基于凝固过程中液体补缩机制，详细分析了孤立缩孔（Microporosity）和开放性缩孔（Macroporosity）的形成位置和形态。讨论了定向凝固原理在引导补缩流向特定区域（通常是冒口）中的应用，以及利用增压技术（如压力铸造）来克服补缩不足的问题。 3. 裂纹的形成：区分了热裂纹（Hot Tearing，发生在凝固末期）和冷裂纹（Cold Cracking，发生在固态）。热裂纹的分析基于固/液混合物的固相率和连通性，强调了对易熔性敏感元素（如硫、磷）的控制；冷裂纹的分析则与组织应力、脆性相（如马氏体）的形成有关。本书通过结合严格的物理化学原理、先进的计算模拟方法和大量的实验观测结果，构建了一个完整的知识框架，用以指导从设计到制造全流程中对铸造材料行为的深入理解和精确控制，目标是生产出具有卓越性能和极低缺陷率的金属零部件。