金属凝固组织细化技术基础

金属在制备过程中一般都要经历凝固过程。

早在青铜器时代，人类就通过凝固制备具有特定形状的金属制品。后来，人类懂得了通过控制成分和热处理可以改善材料的性能。随着人类社会的进步，人们进一步认识到，金属材料的性能不仅仅是由化学成分和热处理决定的，凝固过程对金属的组织和性能也有十分重要的影响，于是人类开始通过控制凝固过程来改善材料的性能。

上个世纪二十年代，铸铁孕育技术使铸铁的抗拉强度由100～150MPa提高到200～300MPa。而仅仅过了二十年左右，铸铁球化处理技术又使其抗拉强度提高到400～600MPa。也就是说，通过凝固过程和凝固组织的控制，铸铁的强度翻了两番。人类在铸铁领域取得的成就其意义远远超出了铸铁本身，它激励着人们在各种金属材料生产领域探索凝固组织的控制技术，从而使冶金与铸造这一古老的工业领域得到了迅猛发展。至今，控制金属凝固组织仍然是全世界冶金和铸造工作者孜孜以求的目标。

连铸技术的诞生无疑带来了一场材料制备技术的革命。从模铸到连铸，人们最初看到的是生产效率的提高和成本的降低。然而历经数十年的生产实践，人们开始认识到，连铸技术改变了金属模铸时的凝固特征，在提高生产效率和降低生产成本的同时，也给我们带来了一系列新命题，包括如何解决柱状晶发达、宏观偏析严重和热裂等问题。而对于部分高合金钢，人们不得不继续使用传统的模铸方法生产。

近年来大型装备制造业，特别是新能源装备制造业的快速发展对材料制备提出了新的要求。如何消除特大型铸件和铸锭组织粗大、宏观偏析、热裂、大尺度缩孔和疏松等铸造缺陷，也成为冶金及材料工作者新的课题。

在新材料制备中凝固也扮演着重要的角色。通过控制散热方向获得具有单向凝固组织的材料，通过抑制晶核的形成获得单晶材料，通过控制凝固过程把两种不同性质的金属材料或金属与非金属材料复合在一起，通过合理的成分设计和凝固过程控制获得非晶材料、微晶材料、原位自生复合材料、拥有过饱和组织或亚稳相材料等等。凝固为冶金与材料工作者提供了无穷的想象空间，而冶金与材料工作者正在把这些想象变为现实。

精彩内容一览

• 目录
  前言
  第1章 金属液态结构 
  1.1 液态金属结构简介 
  1.2 高洁净钢的液态结构 
  参考文献 
  第2章 金属凝固的热力学及动力学基础 
  2.1 凝固热力学 
  2.2 凝固动力学 
  参考文献 
  第3章 金属凝固组织的形成与影响因素 
  3.1 金属凝固组织的典型形态
  3.2 影响凝固组织的因素 
  3.3 凝固方式与组织
  3.4 熔体的结晶与组织 
  参考文献

• 第4章 金属凝固组织细化技术应用现状
  4.1 化学处理法 
  4.2 动力学细化法
  4.3 氧化物冶金技术
  4.4 快速凝固法 
  参考文献 
  第5章 低过热度低温度梯度凝固细晶技术 
  5.1 过热度对金属凝固组织的影响 
  5.2 温度梯度对金属凝固组织的影响 
  5.3 低过热度低温度梯度凝固细晶技术 
  参考文献 
  第6章 温度扰动与成分扰动凝固细晶技术 
  6.1 概述 
  6.2 温度扰动和成分扰动的热力学原理
  6.3 成分扰动生核剂成分的选择
  6.4 温度扰动和成分扰动凝固细晶技术
  参考文献
  第7章 脉冲电流凝固细晶技术 
  7.1 脉冲电流在金属熔体中的效应 
  7.2 脉冲电流对金属凝固组织的影响 
  7.3 脉冲电流细化凝固组织的机制 
  7.4 脉冲电流处理工艺对细化效果的影响
  参考文献
  第8章 脉冲磁场凝固细晶技术
  8.1 脉冲磁场对金属凝固组织和凝固特性的影响
  8.2 脉冲磁场对奥氏体不锈钢凝固组织和凝固特性的影响 

• 8.3 脉冲磁场作用下奥氏体不锈钢的定向凝固
  8.4 脉冲磁场作用下的形核功与形核速率 
  参考文献
  第9章 超声波凝固细晶技术概述
  9.1 超声波在液态介质中的传播效应
  9.2 超声波处理工艺 
  9.3 超声波处理对铝硅合金凝固特性的影响
  9.4 超声波处理对奥氏体不锈钢凝固特性的影响 
  9.5 超声波处理对金属凝固过程影响的机理
  参考文献
  第10章 脉冲磁致振荡凝固细晶技术
  10.1 脉冲磁致振荡凝固细晶技术简介 
  10.2 脉冲磁致振荡凝固细晶机制
  10.3 脉冲磁致振荡对合金凝固特性及组织的影响 
  10.4 脉冲磁致振荡对晶体生长过程的影响
  10.5 脉冲磁致振荡凝固技术近期进展 
  参考文献

本文摘编自翟启杰等著《金属凝固组织细化技术基础》前言，内容有删减。

金属凝固组织细化技术基础

翟启杰 等著

责任编辑：吴凡洁  田铁静

北京：科学出版社 2018.06

ISBN：978-7-03-058086-3

《金属凝固组织细化技术基础》在介绍金属凝固基本理论的基础上，着重介绍了金属凝固组织细化技术，包括低过热度低温度梯度凝固细晶技术、温度扰动与成分扰动凝固细晶技术、脉冲电流凝固细晶技术、脉冲磁场凝固细晶技术、超声波凝固细晶技术和脉冲磁致振荡凝固细晶技术。

（本期编辑：安 静）

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