凝固技术第一章.ppt

自我介绍 程建奕 南昌大学材料科学与工程学院 联系电话：5198260 E-mail: bigchengjianyi@163.com 目 录 第一章 概 论(1) 第二章 凝固过程的传热(2) 第三章 凝固过程的热力学(4) 第四章 凝固过程的动力学(4) 第五章 单相合金的凝固(4) 第六章 多相合金的凝固(4) 第七章 凝固过程中液态金属的流动(4) 第八章 单向凝固技术(4) 第九章 快速凝固凝固(4) 课堂讨论（1） 答疑（1） 成绩考核办法 平时成绩考核 平时考勤 学术报告： 以四人为一小组，选择某一种凝固方式，写一篇文献评述，介绍该凝固技术的国内外发展状况（1人）；该凝固技术的基本原理（1人）；该凝固技术的工装条件和工艺参数的控制（1人）；该凝固技术的应用现状和前景（1人）。 第一章 概 论 凝固过程的研究对象 凝固过程的研究方法 凝固过程理论研究的进展 凝固技术 1 凝固过程的研究对象 凝固的定义 从液态向固态转变的相变过程，广泛存在于自然界和工程技术领域。 举例 水结冰 火山熔岩固化 各种金属铸锭的生产 非晶、微晶材料的快速凝固 半导体及各种功能晶体的液相生长 Snow flake 雪花 — “六出”、“六花” 宋（960-1279 A.D.）?楼钥,《谢林景思和韵》 黄昏门外六花飞，因倚胡床醉不知。 南朝?陈（557-589 A.D.）?徐陵，《咏雪》 岂苦天庭瑞，轻雪带风斜。 三农喜盈尺，六出舞崇花。 西汉（206 B.C.-24 A.D.）,《韩诗外传》： 凡草木花五出，独雪花六出 图坦哈蒙纳法老的金石椁 司母戊鼎 四羊方尊（商代） 豕尊（商代后期） 越王勾践剑 而合金组织由下列因素决定： 合金的化学成分 合金的液态结构 合金凝固的尺度 凝固过程的冷却速度 凝固过程的应用条件 合金的化学成分是决定凝固组织、成分分布及相结构形成倾向的首要因素。不同成分的合金具有不同的凝固特性。人们通过长期的实验和理论研究，获得大量的相图。依据相图可以对不同成分合金的凝固特性进行预测。 在合金的成分确定之后，凝固组织是由凝固过程的传热、传质及液体流动决定的。因而，凝固过程的传热、传质及对流成为凝固理论与技术研究的重点。 除此之外，合金液的结构对凝固过程与组织有重要影响。合金的预处理，如热处理、微合金化处理等可以改变液体的状态与结构，从而影响着合金的凝固组织。 虽然凝固过程的研究对象是单一的，即液－固相变过程，但研究对象的尺度变化使得凝固过程的控制因素和环节具有本质的区别。小尺寸铸件在金属型中的快速凝固过程是在数秒甚至更短的时间内完成的，溶质的扩散和自然对流的作用将不明显，导热成为凝固过程的控制环节。大尺寸铸件凝固过程将持续数十至上百小时，对流将成为影响铸件质量的重要因素。合金元素的宏观偏析也成为凝固过程研究与控制的主要因素。 凝固过程的冷却速率是标志凝固条件的主要指标。不同凝固条件下的冷却速率变化范围达十几个数量级。 　　大型铸件：10-3~10-2℃/s 普通铸件： 10-3~102℃/s 　　雾化工艺： 103℃/s 　　单辊法和激光表面重熔法： 10６~10９℃/s 在不同的冷却速率范围内凝固过程的主要矛盾发生变化，凝固过程的研究内容也将发生变化。 2 凝固过程的研究方法 在凝固过程中出除了固液界面的迁移外,伴随着传热、传质、液相流动和固相运动，这些过程不仅对固液界面的迁移速率及形态产生影响，而且这些场量之间相互影响，是一个非常复杂的过程。在如此复杂的过程中找出主要矛盾和规律并加以描述是进行凝固过程控制，发展各种凝固技术的基础。采用合适的研究方法则是解决这一问题的第一步。 凝固过程的研究方法 以下对凝固过程常用的方法作一简要分析。 数学解析方法 数学模型的建立 找出影响因数，通过具体数据估算，忽略次要因数，保留主要因数，寻找这些参量之间的逻辑关系。 数理方程的求解 确定几何条件、边界条件和初始条件。 在凝固过程中遇到的问题中，能够找到解析解的非常有限，因此其他研究方法必不可少。 凝固过程的研究方法 数值计算方法 当对已经建立的数学模型无法找到解析解的时候，采用数值计算方法是解决问题的有效途径。 首先对模型进行离散处理 常用的离散方法有：差分法和有限元法 Monte Carlo模拟方法 凝固过程的研究方法 实验方法 实验不仅可以验证理论模型的