理論與實踐相結合

●第1章枝晶生長理論基礎001
1.1金屬凝固的熱力學基礎001
1.1材料的相平衡001
1.1合金的相平衡002
1.1.3相圖計算006
1.1.4溶質再分配007
1.1.5溶質捕獲007
1.2形核008
1.2.1均質形核009
1.2.2異質形核011
1.3晶體微觀生長機制015
1.4合金的固液界面穩定性017
1.4.1成分過冷018
1.4.2MS理論019
1.5樹枝晶生長理論021
1.5.1過冷熔體中枝晶生長021
1.5.2定向凝固樹枝晶生長026
1.6液相對流對枝晶生長的影響027
1.7界面能各向異性對枝晶生長的影響028
參考文獻029

第2章微觀組織模擬方法032
2.1傳熱傳質模型032
2.1.1控制方程032
2.1.2有限差分法033
2.1.法034
2.1.4有限體積法037
2.1.5格子-Boltzmann法039
2.2凝固過程微觀組織模擬方法041
2.2.1確定性方法041
2.2.2概率方法043
2.2.3相場方法047
參考文獻048

第3章凝固過程枝晶生長的相場法模擬050
3.1概論050
3.1.1相場法050
3.1.2相場模型052
3.1.3凝固特征值的計算057
3.1.4相場法模擬凝固微觀組織058
3.2純物質過冷熔體枝晶生長的相場法模擬062
3.2.1純物質枝晶生長的相場模型062
3.2.2相場控制方程的離散069
3.2.3純物質Ni過冷熔體枝晶生長的模擬072
3.2.4小結074
3.3Al-Si合金等溫凝固枝晶生長的相場法模擬075
3.3合金等溫凝固過程的相場模型075
3.3.2相場控制方程的離散077
3.3.3初始條件和邊界條件078
3.3.4Al-2mol%Si合金等溫凝固單個枝晶生長的模擬078
3.3.5Al-2mol%Si合金等溫凝固多個枝晶生長的模擬084
3.3.6Al-2mol%Si合金等溫凝固枝晶粗化087
3.3.7小結089
3.4Fe-C-合金等溫凝固枝晶生長的相場法模擬089
3.4.1Fe-C-合金相場模型089
3.4.2Fe-1.0mol%C-0.1mol%Mn合金等溫凝固枝晶生長模擬090
3.4.3小結092
3.5Ti-45at%Al合金等溫凝固枝晶生長的相場法模擬092
3.5.1Ti-45at%Al合金相場模型的建立092
3.5.2Ti-45at%Al合金等溫凝固枝晶生長的模擬094
3.5.3相場參數對枝晶形貌的影響096
3.5.4小結101
3.6相場模擬的前景與挑戰102
3.6.1枝晶生長方向的轉變103
3.6.2微重力凝固實驗103
參考文獻105

胞自動機法模擬枝晶生長108
胞自動機模型的發展108
4.胞自動機模型模擬枝晶生長111
4.2.1模型建立111
4.2.2模型驗證112
4.2.3丁二腈-2.5wt%乙醇合金凝固組織模擬113
4.胞自動機模型117
4.3.1熱和溶質擴散方程117
4.3.2形核率計算118
4.3.3固液界面生長速度和固相分數的計算120
4.3.4固液界面平衡溶質濃度計算120
4.4Al-Cu合金過冷熔體中的枝晶生長121
4.5Al-Cu-Mg合金枝晶生長模擬125
4.6Al-Cu-Mg合金定向凝固枝晶生長模擬129
4.6.1Al-Cu-Mg合金定向凝固二次枝晶間距129
4.6.2一次枝晶間距選擇過程129
4.6.3凝固速度對枝晶間距的影響132
4.6.4Mg含量對枝晶間距的影響133
4.7Al-Cu-Mg合金等軸晶生長模擬133
4.7.1異質形核及枝晶生長過程133
4.7.2冷卻速率對凝固組織的影響134
4.7.3形核接觸角對凝固組織的影響135
4.7.4形核質點密度對凝固組織的影響136
4.8流動作用下Al-Cu合金的枝晶生長137
4.8.1流動對等軸晶生長的影響137
4.8.2來流對過冷熔體中枝晶生長的影響137
4.8.3流動對柱狀晶生長模擬141
4.9格子-Boltzmann方法模擬流動作用下枝晶生長142
4.10重力作用下Al-Cu合金枝晶沉降144
4.10.1虛擬區域-拉格朗日方法144
4.10.2Al-Cu合金過冷熔體中等軸晶生長145
參考文獻146

本書繫統介紹了金屬凝固過程中樹枝晶生長的微觀模型、數值計算方法，應用相胞自動機法模擬了純金屬和合金的樹枝晶生長過程。全書分為兩部分：第一部分介紹經典形核、界面穩定性、樹枝晶生長的基礎理論和常用數值計算方法；第二部分以作者工作成果為基礎，介紹了模擬樹枝晶生長的相場胞自動機模型，並給出了這兩種模型的應用。本書可供相關專業科技人員參考，也可供高等院校材料學、材料成型及控制工程、冶金學、機械工程等專業相關的本科生和研究生使用。

張顯飛,張玉妥 著