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:2006-5

价格:710.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780470015131

丛书系列:

图书标签:

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

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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.

铸造过程中的材料行为：一个专注于微观结构演变的深度剖析本书简介《铸造过程中的材料行为》是一本面向材料科学家、冶金工程师以及致力于理解和优化金属和合金铸造过程的专业人士的权威性著作。本书摒弃了对宏观铸造工艺流程的泛泛而谈，而是将全部焦点集中于材料在凝固前、凝固中以及凝固后这一关键阶段所经历的复杂物理化学变化和微观结构演变。本书的核心在于建立材料的本构关系与最终微观结构之间的桥梁。我们深入探讨了从液态到固态转变过程中，热力学、界面现象以及动力学因素如何共同决定铸件的性能、缺陷形成和使用寿命。第一部分：液态金属的特性与行为本部分首先建立理解凝固的基础：液态金属的微观结构和热力学性质。第一章：高熵液体的结构与粘度我们从液态金属的结构模型入手，区别于传统的刚性球体模型，本书采用了基于密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟得到的短程有序（SRO）结构信息。重点分析了在过冷状态下，液态合金中原子团簇的形成与瓦解，以及这些结构特征如何直接影响其粘度（Viscosity）和流动行为。我们详细阐述了粘滞系数与扩散系数之间的指数关系，并结合粘度温度曲线上的“再活化能”概念，解释了不同合金系（特别是复杂高熵合金）在加温和冷却过程中的粘性非线性变化。第二章：气-液界面张力与溶气现象铸造过程中，溶解在液态金属中的气体（如H、N、O）是导致孔隙缺陷的主要源头。本章详细分析了气-液界面张力的温度依赖性、合金元素对表面活性的影响。我们引入了“气体溶解度参数（GSP）”模型，该模型超越了简单的亨利定律，考虑了液态合金中不同组元对气体原子配位环境的改变。通过红外光谱分析和原位拉曼散射技术，我们揭示了在快速冷却过程中，溶解气体原子在晶界或非金属夹杂物表面优先成核的微观机制。第二部分：凝固界面的热力学与动力学这是本书的中心部分，它聚焦于液固界面的运动、形貌控制以及溶质的偏析行为。第三章：界面能与形核机制的定量分析本书对界面能（Solid-Liquid Interfacial Energy, $gamma_{SL}$）的测量方法进行了批判性回顾，重点阐述了使用热导测量法（Thermal Diffusivity Measurement）和高速电子束衍射技术（HEBD）对固液界面能进行实时测定的新进展。我们深入研究了异质形核（Heterogeneous Nucleation）的能垒理论，并提出了一个新的“准晶格匹配模型”，用以预测在特定衬底（如氧化物夹杂物或模壁）上形核的临界过冷度。内容包括对初晶相选择性、形核密度与冷却速率的复杂耦合分析。第四章：溶质偏析与微区成分波动凝固是溶质再分配的驱动过程。本章详尽探讨了宏观偏析（如杜氏偏析）和微观偏析（Microsegregation）的形成机理。我们使用先进的Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy (WDS) 和同步加速器X射线衍射技术，对枝晶臂间和枝晶臂内的溶质浓度梯度进行了高分辨率扫描。重点解析了“反向偏析”现象的形成条件，特别是与快速冷却和高界面速率相关的非平衡凝固效应。我们还讨论了利用计算流体力学（CFD）模拟液态金属对流对溶质传输的精确预测方法。第五章：枝晶生长形态控制与界面不稳定性枝晶形貌直接决定了铸件的机械性能。本章从热量和溶质传输的角度，深入解析了枝晶生长的稳定性条件。我们详细推导了马里乌斯（Mullins-Sekerka）不稳定性判据在非等温、非定常流动场中的应用。重点分析了通过添加微量合金元素（如Bi、Te）来“毒化”生长界面，从而诱导形成细小等轴晶或完全球状晶的微观机制。我们还讨论了包晶反应（Peritectic Reaction）中，固相层对液相传输的阻碍作用如何引发界面失稳。第三部分：固化后期的微观结构演变材料在完全凝固后，仍处于亚稳态，后续的热弛豫和相变至关重要。第六章：固相的固化收缩与残余应力本书将固化收缩（Solidification Shrinkage）视为一个热力学驱动的体积重构过程。我们量化了不同合金系（如铝合金、铸铁）的体积收缩率，并探讨了如何通过控制凝固末期（Mushy Zone）的液相含量和流动性来缓解“补缩不良”导致的缩孔。重点在于利用有限元分析（FEA）模拟收缩导致的残余应力场分布，特别是应力集中在晶界和孔隙边缘的现象。第七章：共晶凝固的界面动力学与多相耦合对于共晶合金（如灰口铸铁、某些镍基高温合金），共晶的胞状或片层结构是决定性能的关键。本章详细分析了两种以上相在界面同时形核和生长的动力学耦合问题。我们引入了“界面耦合系数”来描述相邻相的生长速率相互影响。针对球墨铸铁，我们阐述了稀土元素如何通过改变碳在液相中的化学势，从而诱导石墨球状化，并分析了硫化物对球化效率的影响。第八章：热物理性能的退化与微观结构耦合本书最后探讨了铸态结构在服役条件下的演化。我们关注于高温蠕变和疲劳过程中，初始铸态枝晶结构（如粗大的枝晶或夹杂物）如何作为应力集中点或空洞成核位点。详细分析了枝晶间溶质偏析区在热循环下的相变敏感性，特别是对高温脆化的贡献。本章提供了利用透射电子显微镜（TEM）对界面扩散和晶界迁移进行原子尺度的追踪分析案例。总结《铸造过程中的材料行为》为读者提供了一个从原子尺度到宏观性能的完整、深入的框架，旨在帮助研究人员和工程师精准预测和控制铸件的微观结构，最终实现材料性能的优化设计。本书的分析方法和深度，使其成为高精度铸造技术和先进材料开发领域不可或缺的参考工具。