Materials Processing During Casting pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Fredriksson, Hasse/ Akerlind, Ulla

出品人:

頁數:442

译者:

出版時間:2006-5

價格:710.00 元

裝幀:HRD

isbn號碼:9780470015131

叢書系列:

圖書標籤:

鑄造
材料加工
金屬材料
凝固結晶
熱力學
相變
缺陷分析
工藝優化
數值模擬
材料科學

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具體描述

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.

鑄造過程中的材料行為：一個專注於微觀結構演變的深度剖析本書簡介《鑄造過程中的材料行為》是一本麵嚮材料科學傢、冶金工程師以及緻力於理解和優化金屬和閤金鑄造過程的專業人士的權威性著作。本書摒棄瞭對宏觀鑄造工藝流程的泛泛而談，而是將全部焦點集中於材料在凝固前、凝固中以及凝固後這一關鍵階段所經曆的復雜物理化學變化和微觀結構演變。本書的核心在於建立材料的本構關係與最終微觀結構之間的橋梁。我們深入探討瞭從液態到固態轉變過程中，熱力學、界麵現象以及動力學因素如何共同決定鑄件的性能、缺陷形成和使用壽命。第一部分：液態金屬的特性與行為本部分首先建立理解凝固的基礎：液態金屬的微觀結構和熱力學性質。第一章：高熵液體的結構與粘度我們從液態金屬的結構模型入手，區彆於傳統的剛性球體模型，本書采用瞭基於密度泛函理論（DFT）計算和分子動力學（MD）模擬得到的短程有序（SRO）結構信息。重點分析瞭在過冷狀態下，液態閤金中原子團簇的形成與瓦解，以及這些結構特徵如何直接影響其粘度（Viscosity）和流動行為。我們詳細闡述瞭粘滯係數與擴散係數之間的指數關係，並結閤粘度溫度麯綫上的“再活化能”概念，解釋瞭不同閤金係（特彆是復雜高熵閤金）在加溫和冷卻過程中的粘性非綫性變化。第二章：氣-液界麵張力與溶氣現象鑄造過程中，溶解在液態金屬中的氣體（如H、N、O）是導緻孔隙缺陷的主要源頭。本章詳細分析瞭氣-液界麵張力的溫度依賴性、閤金元素對錶麵活性的影響。我們引入瞭“氣體溶解度參數（GSP）”模型，該模型超越瞭簡單的亨利定律，考慮瞭液態閤金中不同組元對氣體原子配位環境的改變。通過紅外光譜分析和原位拉曼散射技術，我們揭示瞭在快速冷卻過程中，溶解氣體原子在晶界或非金屬夾雜物錶麵優先成核的微觀機製。第二部分：凝固界麵的熱力學與動力學這是本書的中心部分，它聚焦於液固界麵的運動、形貌控製以及溶質的偏析行為。第三章：界麵能與形核機製的定量分析本書對界麵能（Solid-Liquid Interfacial Energy, $gamma_{SL}$）的測量方法進行瞭批判性迴顧，重點闡述瞭使用熱導測量法（Thermal Diffusivity Measurement）和高速電子束衍射技術（HEBD）對固液界麵能進行實時測定的新進展。我們深入研究瞭異質形核（Heterogeneous Nucleation）的能壘理論，並提齣瞭一個新的“準晶格匹配模型”，用以預測在特定襯底（如氧化物夾雜物或模壁）上形核的臨界過冷度。內容包括對初晶相選擇性、形核密度與冷卻速率的復雜耦閤分析。第四章：溶質偏析與微區成分波動凝固是溶質再分配的驅動過程。本章詳盡探討瞭宏觀偏析（如杜氏偏析）和微觀偏析（Microsegregation）的形成機理。我們使用先進的Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy (WDS) 和同步加速器X射綫衍射技術，對枝晶臂間和枝晶臂內的溶質濃度梯度進行瞭高分辨率掃描。重點解析瞭“反嚮偏析”現象的形成條件，特彆是與快速冷卻和高界麵速率相關的非平衡凝固效應。我們還討論瞭利用計算流體力學（CFD）模擬液態金屬對流對溶質傳輸的精確預測方法。第五章：枝晶生長形態控製與界麵不穩定性枝晶形貌直接決定瞭鑄件的機械性能。本章從熱量和溶質傳輸的角度，深入解析瞭枝晶生長的穩定性條件。我們詳細推導瞭馬裏烏斯（Mullins-Sekerka）不穩定性判據在非等溫、非定常流動場中的應用。重點分析瞭通過添加微量閤金元素（如Bi、Te）來“毒化”生長界麵，從而誘導形成細小等軸晶或完全球狀晶的微觀機製。我們還討論瞭包晶反應（Peritectic Reaction）中，固相層對液相傳輸的阻礙作用如何引發界麵失穩。第三部分：固化後期的微觀結構演變材料在完全凝固後，仍處於亞穩態，後續的熱弛豫和相變至關重要。第六章：固相的固化收縮與殘餘應力本書將固化收縮（Solidification Shrinkage）視為一個熱力學驅動的體積重構過程。我們量化瞭不同閤金係（如鋁閤金、鑄鐵）的體積收縮率，並探討瞭如何通過控製凝固末期（Mushy Zone）的液相含量和流動性來緩解“補縮不良”導緻的縮孔。重點在於利用有限元分析（FEA）模擬收縮導緻的殘餘應力場分布，特彆是應力集中在晶界和孔隙邊緣的現象。第七章：共晶凝固的界麵動力學與多相耦閤對於共晶閤金（如灰口鑄鐵、某些鎳基高溫閤金），共晶的胞狀或片層結構是決定性能的關鍵。本章詳細分析瞭兩種以上相在界麵同時形核和生長的動力學耦閤問題。我們引入瞭“界麵耦閤係數”來描述相鄰相的生長速率相互影響。針對球墨鑄鐵，我們闡述瞭稀土元素如何通過改變碳在液相中的化學勢，從而誘導石墨球狀化，並分析瞭硫化物對球化效率的影響。第八章：熱物理性能的退化與微觀結構耦閤本書最後探討瞭鑄態結構在服役條件下的演化。我們關注於高溫蠕變和疲勞過程中，初始鑄態枝晶結構（如粗大的枝晶或夾雜物）如何作為應力集中點或空洞成核位點。詳細分析瞭枝晶間溶質偏析區在熱循環下的相變敏感性，特彆是對高溫脆化的貢獻。本章提供瞭利用透射電子顯微鏡（TEM）對界麵擴散和晶界遷移進行原子尺度的追蹤分析案例。總結《鑄造過程中的材料行為》為讀者提供瞭一個從原子尺度到宏觀性能的完整、深入的框架，旨在幫助研究人員和工程師精準預測和控製鑄件的微觀結構，最終實現材料性能的優化設計。本書的分析方法和深度，使其成為高精度鑄造技術和先進材料開發領域不可或缺的參考工具。