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1 晶体生长热力学1

1.1 相平衡2

1.1.1 热平衡3

1.1.2 力学平衡4

1.1.3 传质平衡5

1.2 相变6

1.3 金属凝固中晶体生长的热力学处理10

1.3.1 纯金属的热力学11

1.3.2 二元合金热力学12

1.3.3 分配系数18

参考文献21

2 晶体生长中的传递现象22

2.1 传递过程微分方程的建立23

2.1.1 连续方程的建立23

2.1.2 运动方程的建立24

2.1.3 机械能方程的建立28

2.1.4 非等温系统能量方程的建立28

2.1.5 多组分系统连续方程的建立31

2.2 边界层32

2.2.1 流动边界层33

2.2.2 温度边界层35

2.2.3 浓度边界层37

参考文献38

3 晶体生长形态与生长速率39

3.1 晶体生长形态40

3.1.1 晶体生长形态与生长速率间的联系41

3.1.2 晶体生长的理想形态42

3.1.3 晶体生长的实际形态42

3.1.4 晶体几何形态与其内部结构间的关系43

3.1.5 杂质对晶体形态的影响46

3.1.6 小平面与非小平面生长47

3.2 晶体的生长速率50

3.2.1 二维成核与生长50

3.2.2 螺型位错生长53

3.2.3 Jackson生长速率55

3.3 晶体生长形态的动力学成因58

3.3.1 晶须58

3.3.2 针状晶体与片晶59

3.3.3 平面晶59

3.3.4 平衡与特习性生长60

3.3.5 枝蔓生长61

参考文献62

4 固液界面的稳定性64

4.1 在固液界面上形成成分过冷64

4.1.1 液体无对流时的溶质富集64

4.1.2 液相中有对流时溶质的富集67

4.2 合金的成分过冷与晶体形态的变化68

4.2.1 成分过冷的形成68

4.2.2 出现成分过冷后晶体形态的变化70

4.3 固液界面形态稳定性理论(M-S理论)73

4.3.1 固液界面前沿的浓度分布75

4.3.2 固液界面上温度与浓度的匹配76

4.3.3 界面稳定性的分析78

4.3.4 近似程度高的界面稳定性的分析80

4.3.5 准确的界面稳定性分析82

4.3.6 固液界面从稳定到不稳定变化的实验观察84

参考文献86

5 胞晶与枝晶生长88

5.1 热流与凝固组织88

5.2 枝晶形态与晶体学的关系90

5.3 枝晶的生长条件92

5.4.1 Oldfield模型96

5.4 枝晶稳定性判据96

5.4.2 Langer理论97

5.4.3 球体模型99

5.5 合金枝晶尖端的曲率半径100

5.6 枝晶的大小104

5.6.1 胞晶以及枝晶间距104

5.6.2 枝晶的二次臂间距109

参考文献115

6.1.1 共晶组织形态117

6 多相合金中的晶体生长117

6.1 共晶生长117

6.1.2 共晶生长120

6.2 包晶生长139

6.2.1 包晶反应140

6.2.2 包晶相变143

6.2.3 第二相的一次介稳定析出146

参考文献147

7 控制晶体生长方法148

7.1.1 发热保温材料法149

7.1 定向凝固的方法149

7.1.2 功率降低法(简称PD法)150

7.1.3 快速定向凝固法(简称HRS)150

7.1.4 液态金属冷却法(简称LMC法)151

7.1.5 电渣重熔法151

7.2 定向凝固金属与合金的组织与性能152

7.2.1 组织152

7.2.2 偏析152

7.2.3 性能152

7.3 定向凝固方法的应用概况153

参考文献154

8 电渣感应连续定向凝固技术156

8.1 连续定向凝固的现状157

8.1.1 HGC方法158

8.1.2 OCC方法159

8.1.3 连续定向凝固金属或合金的组织特征与表面状态161

8.1.4 连续定向凝固合金性能特征与应用163

8.1.5 连续定向凝固的冶金质量164

8.2.1 电渣重熔冶金的发展概况165

8.2 电渣重熔165

8.2.2 电渣过程的冶金特点167

8.3 感应电渣168

8.4 电渣感应连续定向凝固实验装置原理169

8.4.1 原理、功能及特点169

8.4.2 操作工艺要点172

8.5 电渣感应连续定向凝固过程温度场的数值模拟172

8.5.1 温度场的数学描述173

8.5.2 边界条件与初始条件的确定以及其他问题的处理175

8.5.3 有限差分方程的建立179

8.5.4 程序编制框图181

8.6 电渣感应连续定向凝固系统温度分布与数值计算结果的验证182

8.6.1 温度场的测试183

8.6.2 温度场的测试结果及讨论185

8.6.3 系统纵断面上的温度分布189

8.6.4 电渣感应连续定向凝固过程中温度分布的监测方法189

参考文献191

9 电渣感应连续定向凝固过程的稳定性196

9.1 过程的稳定性197

9.1.1 固液界面位置的定义197

9.1.3 固液界面位置的确定方法198

9.1.2 理想的固液界面位置198

9.1.4 工艺参数对固液界面位置的影响199

9.2 组织的稳定性203

9.2.1 固液界面形状及工艺参数的影响204

9.2.2 固液界面前沿金属熔体中的温度梯度207

9.3 结晶器壁内温度分布的控制212

9.3.1 感应圈与加热结晶器用石墨相对位置的影响212

9.3.2 加热结晶器用石墨外形的影响212

9.4 相关因素之间相互匹配的数学描述214

9.5 对下拉法连续定向凝固生命力的探讨218

9.6 铸铁与不锈钢电渣感应连续定向凝固的实验研究220

9.6.1 铸铁的电渣感应连续定向凝固的实验研究220

9.6.2 不锈钢电渣感应连续定向凝固的实验研究223

参考文献227

10 电渣感应连续定向凝固组织与性能229

10.1 电渣感应连续定向凝固铸锭的凝固组织229

10.1.1 电流密度对电渣感应连续定向凝固铸锭组织的影响230

10.1.2 电渣感应连续定向凝固过程稳定性对凝固组织的影响232

10.1.3 结晶器温度对凝固组织的影响233

10.1.4 冷却及牵引速度的影响234

10.2 电渣感应连续定向凝固铸锭的表面质量235

10.3 电渣感应连续定向凝固QA19-4合金的力学性能237

参考文献239

11 电流密度与固液界面稳定性及柱状晶间距241

11.1 电流作用下固液界面形态稳定性动力学微分方程242

11.1.1 界面出现扰动后系统中的温度与浓度分布242

11.1.2 扰动振幅随时间的变化率246

11.2 电流对固液界面形态稳定性的影响247

11.2.1 电流引起固液界面能的变化对稳定性的影响248

11.2.2 电流产生的Joule热对界面稳定性的影响248

11.2.3 电流改变温度梯度对界面稳定性的影响249

11.2.4 电流改变溶质浓度梯度对界面稳定性的影响250

11.3 电流密度与一次枝晶间距的关系252

11.3.1 电流密度与一次枝晶间距关系式的建立252

11.3.2 电流密度对一次枝晶间距影响的计算结果254

11.4 电流使枝晶间距减小的机理分析259

11.4.1 电流使固液界面稳定性增加的作用259

11.4.2 电流在固相中偏聚的作用261

11.4.3 电流使固液界面能增加的作用262

11.5 电流抑制二次枝晶出现的机理分析263

参考文献265