第1篇 凝固过程的传热.ppt

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。 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，2000 2. 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, 1981 3. 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, 1987 4. I. Minkoff., Solidification and cast structure, 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, 1998 6. (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, 1983 7. 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, 1981 8.Tiller, William A., The science of crystallization : microscopic interfacial phenomena, Cambridge [England] : Cambridge University Press, 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： 契富利诺夫定理 第三节?? 凝固区域的结构 和液态金属的凝固方式 ? 一、凝固动态曲线 图6为凝固动态曲线，它是根据直接测量的温度— 时间曲线绘制的。首先在图6a上给出合金的液相线tl和固相线温度ts，把二直线与温度—时间相交的各点分别标注在图6b的(x/R ，τ)坐标系上，再将各点连接起来，即得凝固动态曲线。 纵坐标x是铸件表面向中心方向的距离，R是铸件壁厚之半或圆柱体和球体的半径。由于凝固是从铸件壁两侧同时向中心进行，所以当x / R=1时表示已凝固至铸件中心。 图6c为根据凝固动态曲线绘制的自测温度开始后2分20秒的凝固状况。根据凝固动态曲线可以获得任一时刻的凝固状态。 第四节 ? 凝固方式与铸件宏观组织 从凝固区域的结构分析可知，铸件的致密性和健全性与合金的凝固方式密切相关，而影响凝固方式的因素为结晶温度范围和铸件断面的温度梯度。 微分方程转变为差分方程 向前差分 网格傅立叶数 温度对时间向后