清华大学材料加工原理课件第4-1讲.pdfVIP

第四章 金属的凝固加工 4.1 概述 4.2 凝固过程中的传质 4.3 单相合金的凝固 4.4 界面稳定性与晶体形态 4.5 多相合金的凝固 4.6 凝固组织与控制 Casting is not only an art but also a science. Solidification Theory Solidification is not only a science but also a noble art ! 20世纪金属凝固理论的进展 （1）主要凝固模型回顾 • 20~30 年代——Tammann结晶理论 • 40年代——Chvorinov 平方根定律 • 50年代——Chalmers ， Tiller，Jackson and Rutter ，成分过冷理论 • 60年代——Jackson and Hunt ，共晶生长理论 • 70年代——Flemings ，局部溶质再分配理论 • 80年代——Aziz ，快速凝固条件下的溶质再分配 模型 • 90年代——Kurz and Trivedi ，从极慢速凝固到快 速凝固的统一模型 20世纪金属凝固理论的进展 （2 ）近20年的主要成就 • 特种条件下的凝固规律 – 快速凝固、极低速凝固 – 微重力凝固、超重力凝固、超高压凝固 • 凝固过程的计算机数值模拟与仿真 – 凝固过程温度场的模拟仿真 – 金属液充型过程流场的模拟仿真 – 凝固过程应力场的模拟仿真 – 凝固组织的模拟仿真 凝固——金属从液态转变为固态的过程 1. 金属的结晶 2. 体积收缩 3. 成分重新分配 凝固类型 1. 内生凝固 2. 外生凝固 内生凝固 Snow Pattern Snow Pattern 外生凝固 外 生 凝 固 等轴、定向和单晶叶片 Polycrystalline, Columnar and Single Crystal Blades 凝固类型 外生凝固： 1. 光滑壁面凝固 2. 粗糙壁面凝固 3. 海面状凝固 内生凝固： 1. 逐层凝固 2. 粥状凝固 凝固过程的传质——成分再分配 Fick 扩散第一定律： dC J D − x dx Fick 扩散第二定律 dm dm − ⎡ dC dC ⎤ 1 2 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ J1 =−J 2 D⎢⎜ ⎟ −⎜ ⎟ ⎥ Adt dx dx