第1章 凝固过程的传热

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1、铸件形成理论与应用材料科学与工程学院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。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。

2、了解现代凝固控制技术及其基本原理内容提要第一章：凝固过程的传热第二章：凝固热力学第三章：凝固动力学第四章：单相合金的凝固第五章：多相合金凝固第六章：金属凝固组织的控制第七章：凝固过程中液态金属的流动第八章：金属中的气体与气孔第九章：缩孔和缩松第十章：铸造应力参考书1.金属凝固原理（第2版），胡汉起主编，北京：机械工业出版社，20002.MertonC.Flemings,Solidificationprocessing,NewYork:McGraw-Hill,1974.凝固过程(美)弗莱明斯著关玉龙

3、等译，北京:冶金工业出版社,19813.Fundamentalsofsolidification/W.Kurz,D.J.Fisher.Rockport,MA:TransTechPub.,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,19874.I.Minkoff.,Solidificationandcaststructure,Chichester:Wiley,c1986.5.周尧和、胡壮麒、介万奇编著，凝固技术，北京:机械工业出版社,19986.(日)大野笃美著唐彦斌,张

4、正德，金属凝固学，北京:机械工业出版社,19837.Davies,G.J.,Solidificationandcasting,London:AppliedSciencePublishersLtd.,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,19818.Tiller,WilliamA.,Thescienceofcrystallization:microscopicinterfacialphenomena,Cambridge[England]:CambridgeUniv

5、ersityPress,1991.第一节   凝固过程的传热特点第二节非金属型、金属型铸造的凝固传热第三节  凝固区域的结构和液态金属的凝固方式第四节 凝固方式与铸件宏观组织第一章 凝固过程的传热第一节   凝固过程的传热特点合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶或凝固。一次结晶和“凝固”这两个术语虽然指的是同一个状态变化过程，但它们的含意是有区别的。一次结晶是从物理化学观点出发，研究液态金属的生核、长大、结晶组织的形成规律。凝固则是从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过程、铸件断面上凝固区域

6、的变化规律、凝固方式与铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”“一热”指热量的传输是第一重要；“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。“三传”动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。凝固是一个有热源的非稳态过程，用导热微分方程描述：凝固过程研究方法金属凝固过程由于是在高温下进行，金属又是不透明的，因此研究起来比较困难。目前金属凝固过程的研究方法主要有：(1)倾出法：方法：在金属凝固过程的不同时刻，将未凝固的金属液倾出，观察已凝

7、固部分的厚度和形貌等。优点：可直接得到凝固速度、固-液界面形貌方面的信息，操作简单。缺点：仅在凝固初期有效，对于宽结晶温度范围的合金，游离枝晶将一起倒出，使结果有误差。(2)数学解析法理论根据：压力恒定时，金属状态是温度的函数。方法：建立数学解析式直接求解。是用数值计算法分析热流传递规律，预测凝固过程。优点：能得出温度场、凝固区域及变化规律。缺点：计算复杂，只对形状简单的铸坯有效；需要做大量假设，影响其精确性；需要有关热物性参数；难以直观反映固-液界面的形貌。(3)数值模拟法方法：将数学解析方程离

8、散为差分方程，进行求解。近年来随着计算机的普及而发展较快。优点：能得出温度场、凝固区域及其变化规律。相对于数学解析法，可解更复杂的函数式。缺点：需要做大量假设，影响其精确性。需要有关热物性参数。难以直观反映固-液界面形貌。(4)多点热分析法——凝固曲线法方法：实测不同部位铸坯温度随时间变化的曲线，据此得到凝固动态曲线、温度场等。优点：结果可靠。缺点：不能反映固-液界面组织、界面形貌。有些情况下实测困难。(5)X-射线衍射法方法：用X-射线直接观察、记录凝固过程。优点：将不透明