金属凝固原理胡汉起pdf
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金属凝固原理
金属凝固原理是物理学中最重要的概念之一,它是指当温度降低到一定程度时,金属内部从液态直接过渡到固态的过程。
这种过程叫做凝固或结晶。
在该过程中,金属内部具有一种特殊的结构,即“金属晶格”。
金属晶格是一种稳定的结构,由许多小空间和原子构成,并且可以承受很大的力。
金属凝固原理是一个相对复杂的概念,涉及到物理学、化学、材料学等多个领域。
它的基本原理是,温度降低时,金属内部产生秩序,原子开始排列形成一种晶格结构,从而使金属变成固态。
金属凝固原理是金属加工工艺中最重要的一环,同时也是材料性能分析的基础。
因此,金属凝固原理的研究和应用对于金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
首先,金属凝固原理的研究依赖于量子力学理论,也就是研究金属晶格中原子的行为。
在量子力学理论的基础上,工程师可以利用计算机模拟金属的凝固过程,进一步探究金属凝固原理。
其次,金属凝固原理的研究也受益于材料科学技术的发展。
如X射线衍射仪(XRD)可以检测金属内部晶格结构的信息,从而更好地理解金属凝固原理。
此外,金属凝固原理的研究也受益于材料工程学的发展。
例如,在实验室中,可以通过不同的温度调节和材料组成,模拟金属凝固过程,以更深入地理解金属凝固原理。
金属凝固原理是物理学、化学、材料学等多个领域的重要内容,其研究对金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
因此,金属凝固原理的研究将会在未来发挥重要作用。
金属凝固课程编号:70120013课程名称:金属凝固英文名称:Solidification of Metals任课教师:熊守美学分:3 (课内学时3/周)开课学期:秋季学期课程类别:研究生学位课先修课程:材料加工原理教材:金属凝固原理(第2版),胡汉起主编,北京:机械工业出版社,2000一、内容简介金属凝固过程中的传输现象(能量传输、质量传输及动量传输)及其规律;凝固热力学和凝固动力学、固液界面理论、晶体生长方式及规律;现代凝固控制技术及其原理。
二、课程的目的及要求金属凝固是材料加工工程学科硕士研究生学位课程之一,希望学生通过学习能应用凝固理论解决实际凝固过程中的问题:●应用相平衡及控制液固相转变及微观组织形成的传输现象和界面现象等分析凝固过程。
●理解和预测凝固组织的形成●深入了解铸件凝固过程中的流体流动、传热和传质现象。
●将凝固基本原理应用到实际凝固过程。
●了解现代凝固控制技术及其基本原理三、内容提要第一章:凝固过程的传热(9学时)1.1 凝固过程的传热特点1.2 非金属型铸造的凝固传热1.3 金属型铸造的凝固传热1.4 凝固过程数值模拟技术1.5 凝固过程数值模拟研究进展第二章:凝固热力学(6学时)2.1 液体金属结构2.2 二元合金的稳定相平衡2.3 溶质平衡分配系数2.4 液-固相界面成分及界面溶质分配系数第三章:凝固动力学(3学时)3.1 自发形核3.2 非自发形核3.3 固-液相界面结构3.4 晶体生长方式第四章:单相合金的凝固(12学时)4.1 凝固过程的溶质再分配4.2 金属凝固过程中的“成分过冷”4.3 界面稳定性与晶体形态4.4 胞晶组织与树枝晶4.5 微观偏析4.6 微观组织模拟研究进展第五章:多相合金凝固(6学时)5.1 概述5.2 金属-金属共晶的凝固5.3 金属-非金属共晶的凝固5.4 偏晶合金的凝固5.5 包晶合金的凝固第六章:凝固过程中液态金属的流动(6学时)6.1 液态金属的对流6.2 枝晶间液态金属的流动6.3 宏观偏析6.4 铸件宏观偏析数值模拟第七章:单向凝固技术(3学时)7.1 单向凝固工艺7.2 单晶生长7.3 柱状晶的生长7.4 自生复合材料第八章:快速凝固(3学时)8.1 快速凝固技术及其传热特点8.2 快速凝固的热力学8.3 快速凝固的动力学及界面形貌稳定性8.4 快速凝固晶态合金的显微结构特征与应用8.5 快速凝固的非晶态合金四、参考书1.Merton C. Flemings, Solidification processing, New York : McGraw-Hill, 1974.凝固过程(美) 弗莱明斯著关玉龙等译,北京: 冶金工业出版社, 19812.Fundamentals of solidification / W. Kurz, D.J. Fisher. Rockport, MA : Trans Tech Pub., 1986.库尔. 费希尔著毛协民等译,凝固原理,西安: 西北工业大学出版社, 19873.I. Minkoff., Solidification and cast structure, Chichester : Wiley, c1986.4.周尧和、胡壮麒、介万奇编著,凝固技术,北京: 机械工业出版社, 19985.(日) 大野笃美著唐彦斌, 张正德,金属凝固学,北京: 机械工业出版社, 19836.Davies, G. J. , Solidification and casting , London : Applied Science Publishers Ltd., 1973.(英)戴维斯著陈邦迪, 舒震译,凝固与铸造,北京: 机械工业出版社, 19817.Tiller, William A., The science of crystallization : microscopic interfacial phenomena,Cambridge [England] : Cambridge University Press, 1991.Solidification of Metals (70120013)Credits: 3 points, 3 hours lecture per weekInstructor: XIONG Shoumei, Dr. Eng., ProfessorTextbook: H.Q. Hu, Solidification of Metals, the second edition, China Machine Press, Beijing, 2002(In Chinese)References:1.Merton C. Flemings, Solidification processing, New York : McGraw-Hill, 1974.2.Fundamentals of solidification / W. Kurz, D.J. Fisher. Rockport, MA : Trans Tech Pub., 1986.3.I. Minkoff., Solidification and cast structure, Chichester : Wiley, c1986.4.Y.H. Zhou, Z.Q. Hu, and Q.W. Jie, Solidification technology, China Machine Press, Beijing,1998.5.Davies, G. J. , Solidification and casting,London : Applied Science Publishers Ltd., 1973.6.Tiller, William A., The science of crystallization : microscopic interfacial phenomena,Cambridge [England] : Cambridge University Press, 1991.Prerequisite:Principles of Materials ProcessingCourse Description:Main contents of the course involve: transformation phenomena (heat transfer, mass transfer and momentum transfer) and the rules during the solidification process, thermodynamics and kinetics during solidification, theory of solid/liquid interface, crystal growth and its rules; principles and modern technologies on solidification process control.Course Objectives:Solidification of metals is one of the master degree courses of materials processing engineering. The goal of this course is to enable the student to solve practical solidification processing problems through the application of solidification theory. The objectives of this course are:●to analyze solidification processing in terms of phase equilibria, transport and interfacephenomena governing microstructure development and liquid-solid transformations;●to understand and predict solidification structure;●to understand the fluid flow, heat and mass transfer during solidification process;●to apply solidification theory to practical solidification process;●to learn modern solidification control techniques and the basic principles.Grading:Class discussion - 10%Review of a selected topic in the field - 20%Oral presentation and discussion of the selected topic – 20%Final exam - 40%Course OutlineChapter 1: Heat transfer during solidification process1.1Heat transfer characteristics during solidification process1.2Heat transfer in solidification of non- metallic mold casting process 1.3Heat transfer in solidification of metallic mold casting process1.4Numerical simulation techniques of solidification process1.5Progress in numerical simulation of solidification processChapter 2: Thermodynamics of solidification process2.1 Structure of liquid metals2.2 Phase equilibrium of binary alloys2.3 Equilibrium solute distribution factor2.4 Composition and solute distribution factor at liquid/solid interfaceChapter 3: Kinetics of solidification process3.1 Homogeneous nucleation3.2 Heterogeneous nucleation3.3 Solid/liquid interface structure3.4 Crystal growthChapter 4: Solidification of single phase alloys4.1 Solute redistribution of solidification process4.2 Constitutional undercooling of solidification process4.3 Interface stability and crystal morphology4.4 Cell and dendrite structures4.5 Microsegregation4.6 Progress on microstructure simulationChapter 5: Solidification of multi-phase alloys5.1 Introduction5.2 Metal-Metal eutectic solidification5.3 Metal-Non-metal eutectic solidification5.4 Solidification of monotectic alloys5.5 Solidification of peritectic alloysChapter 6: Fluid flow of liquid metals during solidification6.1 Convection of liquid metals6.2 Interdendritic fluid flow of liquid metals6.3 Macrosegregation6.4 Numerical simulation of macrosegregarion phenomenonChapter 7: Unidirectional solidification technology7.1 Unidirectional solidification processes7.2 Single crystal growth7.3 Columnar cell growth7.4 In situ composite materialsChapter 8: Rapid solidification8.1 Rapid solidification techniques and their heat transfer characteristics8.2 Thermodynamics of rapid solidification8.3 Kinetics of rapid solidification and interface stability8.4 Microstructure characteristics of rapid solidified crystal alloys and their applications 8.5 Amorphous alloys。
金属凝固原理胡汉起
金属凝固原理是指金属在凝固过程中所发生的物理和
化学现象,包括金属的晶格结构、晶界运动、析晶等方面。
金属凝固原理的研究有助于更好地理解金属材料的性能,并为金属材料的制造、加工和应用提供理论支持。
金属凝固原理的应用主要有以下几方面:
●金属凝固原理可以用来解释金属材料的晶体结构、力
学性能和热学性能等方面的变化。
●金属凝固原理可以用来指导金属材料的制造,例如冶
炼、锻造、压延等工艺。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
析晶行为。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
缺陷产生和扩展的机理。
胡汉起(Hans Q. Hu)是著名的金属凝固原理研究学者,他主要研究金属的凝固机制、晶格动力学和晶界微观结构等方面。
胡汉起提出了金属凝固过程中“拉伸-压缩”析晶机制的理论,解释了金属晶体凝固过程中晶界运动的机理。
他还发展了金属凝固原理的多尺度模型,提出了金属析晶过程中晶界微观结构的建模方法。
胡汉起在金属凝固原理研究方面取得了很多成就,其中包括:
对金属晶格动力学的研究:胡汉起提出了金属晶格动力学的基本概念,并给出了金属晶格动力学的模型。
对金属晶界微观结构的研究:胡汉起提出了金属晶界微观结构的模型,并给出了金属晶界微观结构的建模方法。
对金属析晶过程的研究:胡汉起提出了金属析晶过程中晶界运动的机理,并给出了金属析晶过程的多尺度模型。