金属凝固原理课件

1、金属凝固原理，1，PPT学习交流，第一章概论，第四次工业革命 2014年德国汉诺威工业博览会4月7日至11日召开。 “工业4.0”的概念备受关注。 2006年，联邦政府高技术战略2020，未来项目“工业4.0”。 中国制造2025-十三五计划-中国梦想的高度智能化-信息化-对人才的要求-跨界能力，2，PPT学习交流，第一章概论，中西教育的差异？ 不出国能赶上吗？怎么能赶上？ 你为什么读研究？职业计划？ 人生计划？ 如何实现呢？ 为什么活着？ 我应该怎么活呢？应该在有限的时间内掌握什么样的技能？ 3、PPT学习交流，第一章概论、基本构想：提高人文修养整体思考、逻辑思考能力、文字处理能力、检索能力

2、、批判性思考。 在雾中看花-怎么看得清，看得清？ 总结一下，找同样的东西找不同的东西，为什么找同样的东西，为什么不一样，4，PPT学习交流，第一章概论是、学习也好，不学习也好，新的“即使有嘉菜，弗雷食也有不知道其宗旨的道路所以学习知道了不足，告诉我很为难。 知道不足，然后可以自我反省。知道困难，自己就能变强。 所以，教育大臣也说了很长时间。 “礼记.学记，5，PPT学习交流，第一章概论，推荐相关书籍：肖纪美宏观材料指导论2014.12材料学方法论1994李庆春等铸件形成理论1982胡汉起金属凝固原理关介绍康等材料形成基础周和胡壮麒介万奇凝固技术，6， PPT学习交流，第一章概论，弗莱明g，so

3、lidclassificationprocessing.ku lzw，fickerdij.foundandamentsofsolidification.switzweland 3360 trans p 7、PPT学习交流，第一章概论、中国制造2025工业大国到工业强国，8、PPT学习交流，第一章概论、中国制造2025工业大国到工业强国，9、PPT学习交流，第一章概论、先进材料重要支持：金属材料、无机非金属材料、高分子材料。 凝固：仅限于金属材料吗？ 10、PPT学习交流，第一章概论，凝固(solidification ) :液体向固体的相变过程。 凝固：凝聚、凝结、固结这一极为普遍的物理现象广

4、泛存在于自然界和工程技术领域。 /水冰火山熔岩固化高分子材料的成形过程中是否也存在水泥的凝固过程？ 粉末冶金过程？ 和结晶的区别和联系是？11、PPT学习交流，第一章概论，凝固原理(solidification principle ) :凝固学，本课程以金属为主要研究对象金属凝固或液态金属凝固学。12、PPT学习交流，第一节液态金属凝固学的研究对象，第一节研究对象和内容研究对象：液态金属固态的过程。 研究内容：研究液态金属(合金)向固体金属(合金)转变这一凝固过程的理论和技术，定性地特别是定量地明确其内在联系和规律，发现新现象，探索未知参数，开拓新的凝固技术和技术。 二、液态金属凝固学的理论基

5、础以物理化学、金属学、热传递学、遗传学、动量传递学等为基础，阐述液态金属的结构和性质、晶核和生长、宏观组织及其调控等内容。13、PPT学习交流，研究手段：实验数学分析数值模拟，相变热力学：相平衡界面化学平衡凝固动力学：溶质再分配型核生长化学反应传递现象：对流控制手段：温度场控制(冷却方式)机械力物理场：电磁力、超重力、微重力化学方法：晶粒细化、变质， 生长处理宏观组织(晶粒形态和尺寸)微观组织(亚晶界、枝晶间隔、二次相)为相尺寸、形态及分布多相合金的相结构组织均匀性成分均匀性(宏观偏析和微观偏析)组织致密性气孔、夹杂应力、变形、裂纹结晶结构缺陷非晶、微晶、纳米结晶和非平衡加强形状完整性力学性能

6、物理性能化学性能、凝固过程理论模型，、研究、指导、改进、控制(实践)、获得、要求、14、PPT学习交流、三、凝固理论和技术研究重点1、合金的化学成分是决定凝固组织、成分分布和相结构形成趋势的主要因素。 (单一凝固、多相凝固) 2、合金成分确定后，凝固组织取决于凝固过程的传热、递质及液体流动。 因此，凝固过程的传热、递质和对流成为凝固理论和技术研究的重点。 3、合金液的结构对凝固过程和组织有重要影响，如合金液的预处理(过热处理、微合金化处理)。 15、PPT学习交流、16、材料科学和工程的内涵、16、PPT学习交流、4、研究对象尺度的变化对凝固过程的控制因素和环节的影响研究对象是单一过程(LS

7、)，而研究对象尺度的大小的变化使凝固过程的控制因素和环节有本质的差异。 例：小尺寸铸件金属型快速凝固时间极短(几秒)，溶质扩散和对流作用不明显，热传导成为SP的控制环节。 大铸件(数十吨，数百吨)砂型凝固时间过长(数小时，数百小时)溶质扩散对SP中的对流影响很大，元素的宏观偏析也成为SP研究和控制的主要问题。 17、PPT学习交流五、工业生产中常见的v冷(SP中的v冷是凝固条件的主要指标)大型铸件： 10-310-2/S普通铸件： 10-3102/S普通雾化工艺中金属粉末： 103 /S快速雾化工艺中金属粉末： 104 /S雾化堆积，单辊法， 激光表面再溶解(快速凝固RS)106109 /S，

8、 18 PPT学习交流，六，凝固原理的地位和作用，19，PPT学习交流，六，凝固原理的地位和作用，20，PPT学习交流，宝马汽车发动机，载人宇宙飞船，嫦娥一号飞行云迹写实图，21，PPT学习交流，“王冠上的明珠”航空发动机是飞机的核心部件，其发展水平人类航空史上航空动力技术的重大革命进展，与凝固技术的突破和进步无关。 22、PPT学习交流，从“金融经济”、“网络经济”、“知识经济”等意识强烈的冲击传统的金属材料成形加工工业被视为“老气横秋”的“夕阳工业”。 但是美国的经验告诉我们，通过过度强调第三产业发展的重要性，制造业忽视国民经济健康发展的重要性的做法，会降低该制造业产品的国际竞争力。 日本

9、、德国汽车工业迅速崛起，美国制造业全球霸权的丧失和美国汽车在国际市场的竞争力的降低，使美国政府和专家充分认识到制造业的重要性，并提出一系列先进制造技术的发展战略，以提高其制造业的技术水平和产品竞争力。23、PPT学习交流、20世纪90年代，材料加工、成形新技术等“先进的制造技术”被列入美国的“国家重要技术计划”。 德国工业4.0，中国“中国制造2025”。24、PPT学习交流，七、液态凝固理论发展，凝固理论研究的核心是“凝固过程中组织的进化及其控制”，主要包括形核和生长两方面的内容。 科学系统研究始于近代。 据文献报道，最初可以追溯到1714年，但20世纪40年代，被认为没有国内外公认的凝固理

10、论，只有铸造技术。 近几十年来，随着工业和科学技术的发展，以科学研究为核心，通过实践理论再实践的发展、积累和总结，形成了现代凝固理论的基本框架。 25、PPT学习交流，现在形成了比较完整的凝固材料体系。 凝固基础理论从最初的结晶结构和生长形态等微观水平进行了研究，从原子、分子水平研究了生长界面和熔体结构及质、热输运和界面反应动力学等问题，形成了晶核理论、输运理论、界面稳定性理论、界面结构理论、界面动力学理论和负离子配位多面体模型等理论体系。 26、PPT学习交流，凝固技术从公认的通常条件下的凝固发展为超常条件和特殊条件下的凝固(快速凝固、空间凝固、超高压凝固、深过冷却凝固、激光(高能束)快速凝

11、固等)。 液态成型原材料丰富，研究开发了非常规则的凝固技术，提高了计算机计算能力，基础学科新成果在凝固科学研究中的应用，认识到了古典理论的局限性，向古典理论提出了挑战。 新兴和超常条件下凝固技术中的新现象和相应的科学问题，即远平衡和极端不平衡时的凝固问题成为今后凝固理论研究的重点内容。27、PPT学习交流，西北工业大学发现凝固组织形态选择的相关性和历史相关现象，实验证明在一定条件下枝晶的生长间隔也不是唯一的。 中国科学院沈阳金属所和山东大学分别采用分子动力学方法在原子尺度水平上研究了合金凝固的微观过程，取得了创新的研究成果。 28、PPT学习交流，中国著名材料和冶金学家傅恒志院士从历史的发展、

12、材料的发展、学科的交流、基础理论和凝固本身的内涵和客观需求，提出凝固不再限于铸造和焊接领域，凝固应作为大科学(Big Science )对待，其综合性、 29、PPT学习交流，整体思考、局部思考、反向思考、多向思考、综合思考(普遍性、特殊性)，30、PPT学习交流，第二节凝固过程的研究方法、凝固过程中除了s-l界面的迁移外，还伴有热传递、遗传、液相流动和固相运动。 这些过程不仅影响固液界面的移动速度和形态，而且也影响这些场量之间，是非常复杂的过程。 1、数字分析方法2、数值计算方法3、实验方法，31、PPT学习交流，第三节液态金属(合金)凝固理论研究进展，一、古代凝固技术5000年冶金铸造技术

13、，前3000年主要是青铜器，后2000年主要是铁器。 1978年在湖北省随县出土的编钟，有64件8组(2400年前的战国初期铸造的)明永乐在18年(公元14181422年)铸造了北京大钟寺的永乐大钟，4.6吨、5.843.3 (内2.9)m、32、PPT学习交流，二在上世纪5060年代古典凝固理论诞生时期1，在世代大师B.Chalmers (多伦多大学)的指导下，Tiller Jackson和Rutter在50年代初期解决凝固界面附近的溶质分布的基础上，提出了著名的成分过冷却理论，首次结合遗传和传热因素分析凝固过程组织形态问题。、(只有扩散，没有对流)产生“成分过冷却”的标准，33、PPT学习

14、交流，2、杰克逊hunt提出了枝晶和共晶合金的凝固过程扩散场的理论解，在此基础上获得了枝晶和共晶间距和凝固条件(G.R )的关系式，获得了很多实验的在杰克逊-亨特模型中，共晶片间距与凝固速度r的平方根成反比。34、PPT学习交流、3、Flemings等从工程角度，进一步考虑了SP两相区液相流动效应，提出了局部溶质再分配方程等理论模型。 4、俄系捷克铸造技术人员Chvorinov通过大量冷却曲线的分析，巧妙地导入了铸件模块的概念，导出了着名的平方根定律，仍是铸造技术设计的理论依据之一。 凝固层的厚度，凝固系数，35，PPT学习交流，(2)60年代以后，把重点放在传统的凝固理论的应用上，钢块的质量

15、控制，连铸钢块的电磁搅拌。 2、以提高质量、降低原材料和能源消耗为目标的优质铸件理论和技术、快速凝固技术、定向凝固、半固态铸造诞生于这个时期。 3、通过很多实验研究，Chalmers和大野笃美等人提出了“激冷等轴晶游离”的理论，Jackson、Southi等人提出了“枝晶熔断”和“结晶雨”的理论，以此为指导有效地控制结晶过程和凝固组织。 在这些理论基础上，机械和超声波振动、机械和电磁液相搅拌、培养处理、变质处理等技术得到了发展和推进，并在不断改进和完善。 36、PPT学习交流，4、最近20年极端条件下SP的研究(RS、超重力、微重力、超高压等)。 计算机、凝固过程模拟和凝固过程控制。 我国铸造

16、技术的发展1 .古代铸造技术成果商周陶范铸造：陶范制作商周期非常精细，有布料、背材，能铸造剑和编钟。 战国凝固原理种锡青铜的配比记为“六齐”，说明这个时期锡青铜的成分与组织、性能的关系有规律。 传统蜡法：湖北、河南近年来出土了春秋、战国时代的无蜡铸件。 明代考式记记载了蜡法的过程。 37、PPT学习交流，生铁冶炼技术：周末，铸铁开始生产。 铁制农具发展很快。 秦汉以后耕地的农具：锹、长、犁、锄等是铁制品。 生铁的早期发展，为整个中国的钢铁技术的发展奠定了基础。 铸铁金属模：铁范：在战国时代，使用铁范批量铸造农具、手工具。 锻造铸铁、球墨铸铁：战国时代已经有白心、黑心锻造铸铁。 西汉时代这种技术

17、成熟，成为铸造车间的常规技术。 近年来，发现了近10件石墨为球形的铸铁农具。 层叠铸造：王莽时代，一次出土184枚铜钱，河南温县窑，2000年前将箱子摞起来铸造的铸件，竞争18枚马。 大型和特大铸件：沧州铁狮：公元953年： 50吨当阳铁塔：公元1061年，50吨正定铜佛：公元971年： 50吨永乐大钟： 1418年，46吨。 对经济文化的重大影响：在日常用语中，模范、范围、陶冶、大错等来源于古代的铸造用语。 38、PS学习交流，战国初期。 1978年在湖北省随县(今随州市)出土了太鼓脚曾侯乙墓。 尊是盛酒器，盘子是盛水器。 出土时尊于盘中，两个器物混在一起。 以喇叭状、高33.1厘米、口宽62厘米为尊。 宽度向上美丽透明的蟠蜍透过天空图案，图案分为上下，呈云的形状。 尊的脖子上有四头豹形的爬虫类，都是透明的螭纹构成兽体，呈爬高的形状，吐长舌。 用鼓的尊腹和高轮足部，浅浮雕和水印的螭纹上，分别装饰了4条高浮雕蚯龙，水平丰富，主要