內容介紹
凝固技術是以凝固原理為基礎，進行凝固過程控制的工程技術領域，其目標是根據材料或產品使用性能的需求，獲得期望的
微觀組織和無凝固缺陷的鑄件或鑄錠。研究凝固技術對控制材料
和鑄件的質量、研製和開發新材料具有極其重要的意義。
本書除反映國內外凝固技術的最新進展外，重點總結了西北
工業大學與中國科學院瀋陽金屬研究所的“凝固技術”與“快速
凝固非平衡合金”兩個國家重點實驗室的多年研究成果及目前人
們關注的凝固技術前沿科學。
本書共9章三大部分：凝固原理及新進展（1、2章），凝固過程
控制因素（3章），各種凝固技術（4～9章）。具體內容是：概論；凝
固過程的基本原理；凝固過程的傳熱、傳質與液體流動；鑄件凝
固組織控制；定向凝固與單晶生長；快速凝固；連續鑄造；金屬
基複合材料製備中的凝固問題；特殊條件下的凝固。
本書可供從事鑄造與材料工程方面的科研、教學和工程技術
人員閱讀，也可作為研究生的參考書。
作者介紹
作者簡介周堯和 1927年生，上海交
通大學、西北工業大學教
授，博士導師，中國科學院
院士，曾任國務院學位委員
會學科評議組成員、中國鑄
造學會理事長、國際鑄造學
會主席主持創建了“凝固
技術國家重點實驗室”；長
期從事凝固理論與凝固技術
研究，發表論文200餘篇，
獲省部級科技進步獎1：項，
國家發明獎及國家科技進步
獎各1項。
胡壯麒 1929年生.中國科
學院瀋陽金屬研究所研究
員.博士導師，中國工程院
院士.中國材料學會理事，
創建了“快速凝固非平衡合
金國家重點實驗室”；長期
從事定向凝固、高溫合金和
亞穩材料研究，發表論文
275篇專著2本，獲省部級
科技進步獎9項，國家發明
獎及國家科技進步獎3項，專
利3項。
介萬奇 1959年生，西北工
業大學材料學院院長，教
授，博士導師；曾任“凝固
技術國家重點實驗室”副主
任；―直從事凝固理論與凝
固技術的研究，發表論文50
多篇，獲省部級科技進步獎
4項，國家發明獎1項。
作品目錄
目 錄前言
符號表
第1章 概論
1凝固過程的研究對象
2凝固過程的研究方法
3凝固過程理論研究的進展
4凝固技術
參考文獻
第2章 凝固過程的基本原理
第1節 相圖與凝固
1二元合金的凝固方式
2二元合金凝固過程的溶質再分配
3多元合金的凝固
第2節 晶體的形核
1均質形核的基本理論
2異質形核
3形核的影響因素與形核控制
第3節 晶體的長大
1晶體的生長方式與生長速率
2晶體生長形態
第4節 單相合金的凝固
1單相合金凝固組織的表征與控制參數
2凝固組織研究的新進展
第5節 共晶合金的凝固
1規則共晶生長
2共晶生長的其他問題
第6節 偏晶合金和包晶合金的凝固
1偏晶合金的凝固
2包晶合金的凝固
參考文獻
第3章 凝固過程的傳熱 傳質與液體流動
第1節 凝固過程的傳熱
1傳熱條件與凝固方式
1.1定向凝固過程
1.2體積凝固過程
2凝固過程傳熱的方式與特點
3凝固過程傳熱的研究方法
4溫度場與凝固過程的分析
4.1鑄件凝固時間的確定
4.2鑄件傳熱條件的簡化
第2節 凝固過程中的傳質
1凝固過程中的溶質平衡
2傳質過程的控制方程
3平界面一維凝固過程溶質的擴散與再分配
4枝晶凝固過程中的溶質傳輸
第3節 凝固過程的液體流動
1凝固過程液體流動的分類
1.1自然對流
1.2強迫對流
1.3亞傳輸過程引起的流動
2凝固過程液相區的液體流動
3液相流動對傳熱和傳質過程的影響
4液相區的對流對凝固組織的影響
5枝晶凝固過程兩相區中的液體流動
6兩相區內溫度場 濃度場與流場的耦合
參考文獻
第4章 鑄件凝固組織控制
第1節 鑄件凝固組織的形成
1凝固條件與凝固方式
2鑄件的典型凝固組織與形成過程
3等軸晶的形核
4鑄件典型凝固組織形態的控制
第2節 等軸晶的晶粒細化
1添加晶粒細化劑法
2動力學細化法
3熔煉及澆注過程的溫度控制
第3節 多相合金凝固過程的變質處理
第4節 凝固組織中的偏析及其控制
1枝晶凝固組織中的微觀偏析及其控制
2定向凝固組織中的巨觀偏析
3鑄錠中的巨觀偏析
第5節 凝固收縮及凝固組織緻密度的控制
1凝固收縮率
2縮松的形成與控制
3強化補縮的方法――保溫冒口與保溫補貼
第6節 合金液的淨化
1合金液淨化的主要方法
2合金液過濾處理的基本方法和原理
3泡沫陶瓷過濾片型內過濾的工藝設計
第7節 半固態金屬的特性及半固態鑄造
1半固態金屬的特性
2連續攪拌對半固態金屬凝固的影響
3半固態鑄造
第8節 部分凝固提純技術
參考文獻
第5章 定向凝固與單晶生長
第1節 定向凝固的理論基礎
1固液界面形態選擇
1.1成分過冷理論
1.2絕對穩定理論
2定向凝固時的枝晶生長
2.1特徵長度
2.2等溫界面下的枝晶生長
2.3不等溫界面的枝晶生長
第2節 非平衡凝固
1分形理論的套用
2微量元素對定向凝固的影響
3超高溫度梯度下的定向凝固
4側向約束下的定向凝固
5對流下的定向凝固
第3節 定向凝固工藝
1發熱劑法（EP法）
2功率降低法（PD法）
3高速凝固法（HRS法）
4液態金屬冷卻法（LMC法）
5流態床冷卻法（FBQ法）
6區域熔化液態金屬冷卻法（ZMLMC法）
7定向凝固過程的模擬
8單晶製備
參考文獻
第6章 快速凝固
第1節 實現快速凝固的條件及凝固特徵
1快速凝固方法
2快速凝固的特徵
第2節 快速凝固過程的動力學與熱力學
1單相合金快速凝固
2共晶合金的快速凝固組織
3亞穩定相與非晶態的形成
第3節 粉末材料快速凝固製備技術
1液態合金液滴的形成與凝固
2流體霧化法
2.1亞音速氣體霧化法
2.2音速氣體霧化法
2.3超音速氣體霧化法
2.4水霧化法
3離心霧化法
3.1鏇轉電極法
3.2鏇轉圓杯/盤法
第4節 低維材料的快速凝固
1金屬碎片的快速凝固
2金屬帶材的快速凝固
2.1單輥法
2.2雙輥法
2.3溢流法
2.4甩出法
2.5複合夾層帶材的快速凝固技術
3線材的快速凝固
3.1玻璃塗覆熔液紡績法（Taylor法）
3.2合金液流注入液體冷卻液法（Kavesh法）
3.3鏇轉水紡績法
3.4傳送帶法
第5節 體材料的快速凝固
1液態金屬深過冷法
1.1熔融玻璃淨化法
1.2懸浮熔煉法
2噴射沉積法
2.1噴射沉積法的技術基礎
2.2噴射沉積法的工藝過程控制
第6節 雷射表面處理技術
1雷射表面處理技術的發展
2雷射的輻射與吸收
3材料表面的加熱 熔化與快速凝固
4雷射表面熔凝處理工藝
參考文獻
第7章 連續鑄造
第1節 連鑄技術的發展
第2節 鋼錠的連鑄技術
1鋼錠連鑄的基本方法與凝固特性
2鋼錠連鑄工藝過程的控制環節
2.1結晶器的結構設計
2.2結晶器振動
2.3連鑄速率的控制
2.4鋼錠的彎曲與矯直
3連鑄鋼錠凝固組織 缺陷及其形成原理
3.1連鑄鋼錠的凝固過程與組織
3.2連鑄鋼錠中的偏析
3.3連鑄鋼錠的變形與裂紋
4連鑄鋼錠凝固組織與缺陷的控制措施
4.1控制凝固組織的化學方法
4.2溫度控制
4.3澆注過程的控制
4.4電磁攪拌技術
第3節 其他合金的連鑄技術
1鋁合金的連續鑄造
1.1鋁合金連鑄過程的導熱特性
1.2凝固組織的控制
1.3氧化夾渣的防止
2其他合金的連鑄
2.1銅合金
2.2金屬間化合物及鈦合金
2.3鑄鐵
第4節 薄板的連鑄技術
1鋼錠的液芯軋制
2薄板連鑄連軋技術
3其他薄板連鑄技術
3.1單帶激冷連鑄技術
3.2噴射沉積帶材連鑄技術
3.3反鑄造法
第5節 OCC連鑄技術
1OCC連鑄技術的原理與特點
2OCC連鑄方法
3OCC連鑄的凝固過程與質量控制
3.1OCC連鑄過程傳熱條件的分析
3.2凝固界面的控制
3.3凝固組織的形成過程
參考文獻
第8章 金屬基複合材料製備中的凝固問題
第1節 複合材料的發展
第2節 長纖維增強金屬基複合材料液相製備
1增強纖維與基體材料的界面特性
1.1界面特性對材料性能的影響
1.2增強纖維與合金液的化學作用
1.3合金液對纖維的潤濕特性
1.4纖維的保護與預處理
2纖維預製體中合金液的浸滲過程
2.1浸滲工藝
2.2纖維預製體中孔隙結構的分析
2.3合金液浸滲過程的動力學分析
2.4合金液浸滲過程的熱平衡
3合金液在纖維預製體中的凝固過程
3.1自由凝固
3.2定向凝固
第3節 顆粒增強複合材料的製備
1攪拌混合法製備技術
1.1合金液與增強顆粒的界面特性
1.2合金液與增強顆粒的攪拌混合
1.3增強顆粒與合金液混合物的凝固
2浸滲法製備技術
3共噴射沉積法製備技術
3.1基本方法
3.2增強顆粒與合金液滴的相互作用
3.3共噴射沉積複合材料的凝固特性
第4節 自生複合材料的凝固
1固液相反應法自生複合材料製備技術
1.1基本原理和方法
1.2化學平衡條件的分析
1.3化學反應動力學過程分析
2自蔓延法複合材料製備技術
參考文獻
第9章 特殊條件下的凝固
第1節 微重力凝固
1重力引起的不完整性
2Marangoni對流
3微重力條件下的過冷與形核
4凝固時的對流效應
5微重力下的定向凝固
6難混溶液態合金的凝固
7微重力研究設備
第2節 超重力凝固
1重新層流化
2超重力下的形核
第3節 電脈衝作用下的凝固特性
1電脈衝驅動下的非平衡相變理論
2電脈衝對合金組織結構的影響
第4節 電磁場中的凝固
1三傳效應的數學分析及數值模擬
1.1流體流動下的傳熱數學模型
1.2流體流動下的傳質數學模型
1.3流體流動下的動量傳遞數學模型
1.4電磁離心鑄造速度場的理論推導及計算結果
2環境做功對溶質有效分配因數的影響
3環境做功對溫度梯度的影響
4磁場對對流的影響
5電磁鑄造的套用
5.1電磁鑄造對結晶形態的影響
5.2電磁離心鑄造HK40鋼的組織和性能
第5節 高壓下的凝固
1高壓下凝固的發展
2壓力對熔體粘度 密度及相圖的影響
3壓力對非晶態形成溫度和能力的影響
4壓力對形核速率和生長速率的影響
5Cu Ti非晶合金的形成
6高壓下製備納米晶材料
參考文獻
