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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，直至相称小的高纯度晶体(crystal)，都波及到凝固。
【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。
【原因】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。
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【微观实质】
从微观来看，凝固就是金属原子(atom)由“近程有序(short range)”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；纯金属的液态构造是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹构成的。原子集团由数量不等的原子构成，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(quantity of heat)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，是对多种凝固过程控制手段的综合应用。其目的是以尽量简单、节省、高效的措施获得具有预期凝固组织的优质制品。
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【传播过程】传热、传质（溶质扩散）和动量传播（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】
多种凝固过程控制措施的应用导致一系
列凝固新技术的产生，如定向凝固、迅速
凝固、持续铸造、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
老式材料性能得到超常的发挥，还推进了各
种新材料的研制和发展。
凝固过程是通过对多种传播过程和物理场的控制实现的。
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金属及合金的生产、制备一般都要通过熔炼与铸造，通
过熔炼，得到规定成分的液态金属，浇注在铸型中，凝固后
获得铸锭或成型的铸件，铸锭再通过冷热变形以制成多种型
材、棒材、板材和线材。
H
钢水包
长水口
中间包
Hi
H
Hc
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
…
Vn
V1
W
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
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第二节 凝固理论的发展阶段
我国冶铸技术已经有5000数年的历史：前30为青铜器时代，后为铁器时代。铜器和铁器的制造是一种经典的熔化、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，实有不凡之毅力。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，而张氏以之盈利千万。磨刀砺剑本为雕虫小技，而郅氏以之列鼎而食。售羊胃肉脯乃微局限性道之事，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，用鼎盛着多种珍贵食品(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。”
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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4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，爱好广泛，同步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数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，，外径3 3m，。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。
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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
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Historically, simple cast objects (in copper) first
appeared before about 4000BC (Bronze Age) and
were, no doubt, a natural by-product of the potter's
skill in handling the clay used in furnace and
mould-making.
The lost-wax (investment casting) process was
developed in Mesopotamia as long ago as 3000BC.
The production of renowned and highly
sophisticated bronze castings of China began in
about 1600BC.
Iron-casting in China began in about 500BC
(Iron Age) but in Europe cast iron did not appear
1902 until the 16th century
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近代凝固理论大概经历了如下几种阶段:
【阶段一】20世纪60年代前诞生了经典的凝固理论
（1）1945--Webber-Becker-Doring形核理论引入凝聚态体系，创立凝固过程形核理论该理论认为凝固首先是成核，接着是关键长大直至成为固态。
（2）在多伦多大学B. Chalmers的指导下，许多著名的凝固学家脱颖而出。他们在对凝固界面附近溶质分析求解的基础上，总结出“成分过冷”理论，并提出了可操作性的成分过冷判据：初次将传热和传质耦合起来，研究其对晶体生长方式和形态的影响。1961年出版了国际上第一本凝固理论专著“Principles of Solidification”
（3）Flemings（MIT）等从工程的角度出发，研究了两相区内液相流动效应，提出了局部溶质再分派方程等理论模型推进了凝固科学的发展。
（4）捷克的Chvorinov通过对大量逐渐凝固冷却曲线的分析，引入了铸件模数（按照模数理论，铸件的凝固时间取决于它的体积和传热表面积的比值，其比值称为凝固模数，简称模数，用M=V/A (cm)表达 ）的概念，建立了求解铸件凝固层厚度和铸件凝固时间的数学方程，导出了著名的平方根定律。该定律仍是今曰铸造工艺设计的重要理论根据之一。
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【阶段二】20世纪60年代后经历了较长时间内的应用研究与新技术开发
在此后的较长一段时间内，研究的重点放在经典理论的应用上，以
提高材料的质量，减少产品的成本，以便用低的消耗获得优质产品。出
现了先进的凝固技术和材料成形措施，积累了大量的凝固过程参数，为
凝固学的深入发展奠定了基础。
包括：
迅速凝固；
定向凝固；
等离子熔化技术；
激光表面重熔技术；
半固态铸造；
扩散铸造；
调压铸造。
定向结晶装置原理图
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