第一讲 凝固理论的发展概论ppt课件.ppt

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1、第一讲凝固理论的发展概论第一节什么是凝固从工业生产到固态物理,在这些领域的许多过程中，凝固(solidification)现象都起着重要的作用。从成吨的大型铸锭，到中型的超合金精密铸件，直至相当小的高纯度晶体(crystal)，都涉及到凝固。【凝固】物质从液态转变为固态的过程叫凝固。若凝固后的物质为晶态，则凝固过程叫结晶。【因素】结晶与否由液态物质的黏度和冷却速度决定。黏度小，冷却速度慢容易结晶；黏度大，冷却速度快则容易得到非晶态物质。1河北联合大学冶金与能源学院【微观实质】从微观来看，凝固就是金属原子(atom)由“近程有序

2、(shortrange)”向“远程(long-distance)有序”的过渡(transition)，使原子成为按一定规则排列的(tactic)晶体；纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的。原子集团由数量不等的原子组成，其大小为10-10m数量级，在此范围内仍具有一定的规律性，成为“近程有序”。【宏观现象】从宏观(macrocosmic)来看，就是把液态金属储存(deposited)的热量(quantityofheat)传给外界而凝固成一定形状的固体。凝固技术是以凝固理论为基础进行凝固过程控制的工程技术，是对

3、各种凝固过程控制手段的综合应用。其目标是以尽可能简单、节约、高效的方法获得具有预期凝固组织的优质制品。2河北联合大学冶金与能源学院【传输过程】传热、传质（溶质扩散）和动量传输（对流）【物理场】重力场、电磁场等。这些过程和场量在凝固过程中的演变规律及交互作用决定着凝固进程、凝固组织形态和成分分布。【凝固技术】各种凝固过程控制方法的应用导致一系列凝固新技术的产生，如定向凝固、快速凝固、连续铸造、连铸连轧、半固态铸造、铸造法复合材料制备技术、电磁场控制铸造、微重力凝固等。这些凝固技术不仅使得传统材料性能得到超常的发挥，还推动了各种新

4、材料的研制和发展。凝固过程是通过对各种传输过程和物理场的控制实现的。3河北联合大学冶金与能源学院金属及合金的生产、制备一般都要经过熔炼与铸造，通过熔炼，得到要求成分的液态金属，浇注在铸型中，凝固后获得铸锭或成型的铸件，铸锭再经过冷热变形以制成各种型材、棒材、板材和线材。H钢水包长水口中间包HiHHc注速Vs铸坯二冷区，拉速：V，铸坯总重量M数据采集设备中间包钢水重量钢坯拉速1钢坯拉速n…VnV1W大包钢水重量T计算机处理单元现场操作显示单元管理文档4河北联合大学冶金与能源学院第二节凝固理论的发展阶段我国冶铸技术已有5000多年

5、的历史：前3000年为青铜器时代，后2000年为铁器时代。铜器和铁器的制造是一个典型的熔化、凝固过程。商朝“钟鸣鼎食”是权贵的象征。司马迁论人能出类拔萃，富甲一方，实有非凡之毅力。盖人精打细算，勤奋节俭，乃生财致富之正途，故致富者必出奇制胜也。耕田务农乃繁重之业，而秦杨以之为一州首富。掘坟盗墓本为作奸犯科，而田叔以之起家兴旺。赌技博戏本为不良之行，而桓发以之而富甲一方。沿街叫卖为男人贱业，而雍乐成以之殷实富饶。贩脂卖膏为耻辱之业，而雍伯以之获利千金。卖水鬻浆本为小本经营，而张氏以之赚钱千万。磨刀砺剑本为雕虫小技，而郅氏以之列鼎

6、而食。售羊胃肉脯乃微不足道之事，而浊氏以之车马成行。为马治病乃低浅医术，而张里以之击钟佐食。彼等皆由于专心笃志而致富也。“钟鸣鼎食”之成语，即由此典故演变而来。古代豪门贵族吃饭时要奏乐击钟，用鼎盛着各种珍贵食品(敲着钟，列鼎而食）。故用“钟鸣鼎食”形容权贵的豪奢排场，旧时还形容富贵人家生活奢侈豪华。汉张衡《西京赋》：“击钟鼎食，连骑相过。”唐王勃《滕王阁序》：“闾阎扑地，钟鸣鼎食之家。”5河北联合大学冶金与能源学院第二节凝固理论的发展阶段曾侯乙是一位名乙的曾国诸侯王。从楚惠王送给他的一件青铜镈上的三十一字铭文看，曾侯乙死于公元

7、前433年或稍晚，通过对其尸骸的碳14测定，可以推定曾侯乙的死亡年代在公元前433年到公元前400年之间，他死时年龄在42―45岁之间。综合考察其他材料，曾侯乙应当生于公元前475年或稍晚，约在公元前463年前后成为诸侯王，在位约三十年。出土文物表明，曾侯乙生前非常重视乐器制造与音律研究，兴趣广泛，同时也是擅长车战的军事家。1978年湖北随县出土的曾侯乙青铜器编钟，64件共分8组，可演奏中外名曲。它们是距今2400多年前战国初期铸造的。北京大钟寺的永乐大钟，是明永乐十八年（公元1418~1422）铸造的，重46t，高5.84m

8、，外径33m，内径2.9m。钟体内外铸满笔画清晰的经文约22700个文字。其钟声优雅悦耳，可传数十里，堪称世界之最。由此可见，当时对青铜的化学成分和凝固过程的控制已达到很高的水平。6河北联合大学冶金与能源学院1978年湖北随县出土的曾侯乙青铜器编钟永乐大钟声传90里7河北联合