凝固 [Solidification] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] J.A.Dantzig，[瑞士] M.Rappaz 著，刘峰，介万奇 译

图书标签:

• 物理学
• 材料科学
• 相变
• 凝固过程
• 金属材料
• 铸造
• 热力学
• 晶体生长
• 扩散
• 界面现象

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442314

版次：1

商品编码：11705949

包装：平装

外文名称：Solidification

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：452

正文语种：中文

内容简介

　　《凝固》根据Dantzig和Rappaz所著的Solidification 翻译而成。《凝固》主要分为三部分.第一部分为理论基础和宏观现象，包括溶体的热力学理论、平衡相图、传输现象以及液固相变中一些重要问题.第二部分运用形核、枝晶生长、微观偏析、共晶/包晶凝固、组织形成竞争等基本概念对凝固微观组织进行描述，重点讨论组织形成过程中宏观、微观现象的耦合.第三部分讨论凝固过程中形成的缺陷，重点介绍空位、热裂和宏观偏析。

目录

前言
术语
第1章 绪论
1.1 概述
1.2 凝固过程
1.3 小结
参考文献
第一部分 基本原理与宏观现象
第2章 热力学
2.1 概述
2.2 一元系统热力学
2.3 二元合金
2.4 偏离平衡
2.5 小结
练习
参考文献
第3章 相图
3.1 概述
3.2 二元体系
3.3 三元体系
3.4 小结
练习
参考文献
第4章 平衡方程
4.1 概述
4.2 质量平衡
4.3 动量平衡
4.4 能量平衡
4.5 多元系中的溶质平衡
4.6 无量纲化
4.7 小结
练习
参考文献
第5章 凝固中的解析解
5.1 概述
5.2 过热熔体中的凝固
5.3 过冷熔体中的凝固
5.4 曲率效应
5.5 小结
练习
参考文献
第6章 凝固研究的数值方法
6.1 概述
6.2 无相变热传导
6.3 相变中的热传导
6.4 流动
6.5 最优化和逆向方法
6.6 小结
练习
参考文献

第二部分 微观组织
第7章 形核
7.1 概述
7.2 均质形核
7.3 异质形核
7.4 晶粒的细化机制
7.5 小结
练习
参考文献
第8章 枝晶生长
8.1 概述
8.2 自由生长
8.3 约束生长
8.4 针状枝晶的生长
8.5 对流和枝晶生长
8.6 相场法
8.7 小结
练习
参考文献
第9章 共晶?包晶及微观组织选择
9.1 概述
9.2 共晶
9.3 包晶合金
9.4 相选择和共生区
9.5 小结
练习
参考文献
第10章 微观偏析和均匀化处理
10.1 概述
10.2 二元合金的一维微观偏析模型
10.3 均匀化和固溶处理
10.4 多元合金
10.5 小结
练习
参考文献
第11章 宏观与微观组织
11.1 概述
11.2 均匀温度场下的等轴晶生长
11.3 温度梯度存在时晶粒的形核与生长
11.4 柱状晶粒
11.5 柱状晶-等轴晶转变
11.6 微观与宏观模型
11.7 小结
练习
参考文献

第三部分 缺陷
第12章 孔缺陷
12.1 概述
12.2 控制方程
12.3 枝晶间流动和压降
12.4 气体在溶液中的热力学
12.5 孔洞形核和生长模型
12.6 边界条件
12.7 概念的应用
12.8 小结
练习
参考文献
第13章 凝固中的变形与热裂
13.1 概述
13.2 铸造热力学
13.3 糊状区的变形
13.4 热裂
13.5 热裂的判定准则和模型
13.6 小结
练习
参考文献
第14章 宏观偏析
14.1 概述
14.2 凝固过程中平界面前沿的宏观偏析
14.3 溶质场和控制方程
14.4 凝固收缩导致的宏观偏析
14.5 液流导致的宏观偏析
14.6 固相运动导致的宏观偏析
14.7 小结
练习
参考文献

精彩书摘

　　《凝固》：
　　第1章 绪论
　　1.1 概述
　　凝固过程与我们生活诸多方面密不可分，无论橱窗上结霜还是在冰盒中制冰，无论电路板上焊料的固化还是工业用铝和钢的铸造，都离不开凝固过程。在人类历史的长河中，凝固始终引领时代的发展，以至于一些历史时代划分都是按当时所能冶炼的合金命名的。公元前4000年~前1200年是青铜时代，那个时代由铜合金制造的武器和生活用具盛行于整个欧亚大陆，如图1.1（a）所示。然而，自公元前1200年左右，铁合金熔铸技术被掌握后，凭借其优异性能迅速取代铜合金，一跃成为制备武器?礼器和其他生活器具的首选材料。图1.1（b）展示了一个铁器时代的斧头。不过在古代，一些特殊钢种，如远近闻名且极富传奇色彩的大马士革钢（damascussteel）是通过机械方法制造的。
　　1858年，贝西默（Bessemer）转炉炼钢法的问世使得钢水得以大规模生产，并可铸成不同形状铸锭以便后续锻造加工。该方法作为工业革命的重要发明之一，为铁路运输业和后来的汽车工业奠定了基础。同样，诞生于1886年的Hall-Héroult炼铝法使铝合金铸件的大规模生产成为可能，从而促进了20世纪航空工业的蓬勃发展。
　　掌握金属的冶炼技术使得人们能够顺利调整控制合金成分成为可能，从而得到不同成分的最终合金成品件或者半成品铸锭，半成品铸锭接着在固态条件下又可以被压制成板材?带材或其他锻件。凝固是上述工业生产过程的关键一环，决定着零件在后续加工过程中的成分及初始结构。整个20世纪上半叶，冶金学家一直在探索如何理解铸件性能同凝固工艺之间千丝万缕的联系。
　　1964年，Chalmers[3]里程碑式著作?凝固原理?的出版标志着凝固艺术与实践走进了工程科技领域。该书提出了描述合金凝固过程中溶质分配的一些基本数学模型，并解释了平界面和球形生长中组织形态（如枝晶）的演化机制。十年后，Flemin-s[4]的?凝固技术?扩展了上述建模方法，并提出了新模型用以描述微观结构特征的演化，如枝晶臂间距和偏析形态。该模型首先开始定量研究凝固参数（如冷却速率和温度梯度）及其与合金固有性质（如凝固区间和基本相图）的交互作用对最终铸件微观结构的影响。在接下来的十年间，人们在凝固组织花样形成规律，尤其关于枝晶生长尺度方面，取得了许多重要进展。其中尤以Kurz和Fisher[6]合著的?凝固基础?最为出名，该书对合金组织演化过程进行了颇为详尽的描述。
　　本书有望成为上述研究发展的延续。自从Kurz和Fisher的专著出版后，大规模计算被引入凝固研究中，极大地促进了凝固理论及其应用的发展。相场方法的发展可以用来更深入地理解复杂凝固组织的演化。同时，低成本大规模计算机和商用软件包的广泛应用允许人们直接对宏观热传输?溶质传输以及实际形状中流体流动进行实际模拟。体积平均理论和微观结构统计学表征则在微观和宏观尺度间架起了桥梁。本书的目标就是将这些早期著作中的模型以及最新发展的模型进行整合：以基本概念为基础，逐步引入重点内容，即解析模型和数值模型的实际应用。
　　本书将以图1.2中所划分的不同空间和时间尺度范围内所涉及的各种现象为主线。在宏观长度尺度上，几何形状及加工条件决定了不同位置的凝固过程。该图以六缸发动机缸体为例，零件的长度大约1m，凝固时间长达30min。采用有限元方法对热传输过程进行数值模拟，如图中所示，可得到特定时刻铸件中的温度分布。
　　微观组织的研究在10-3~1mm 这一较小长度尺度范围内。图1。2中也显示了从初始平界面向液相生长的一排枝晶。由于微观尺度上存在化学偏析，所以可以直接观察到枝晶。当凝固过程存在液体流动时，溶质原子的输运距离将大于局域微观尺度，造成宏观偏析。
　　在原子至纳米长度尺度上发生的一些过程对于凝固现象同样重要。因为固-液界面性质以及原子附着方式同样可以影响到晶体的生长模式。如表面能各向异性在很大程度上决定着微观尺度上所观察到的枝晶形貌。
　　本书第1章为概论部分，全面而细致地总结了各种凝固过程，但是不涉及深入的讨论。主要目的是帮助读者对凝固现象发生时每一过程的重要性进行正确理解并引导读者完成后续内容的阅读。
　　本书其他章节划分为三大部分：基础知识?微观组织与缺陷。所谓基础知识，顾名思义就是介绍研究凝固过程所必须遵循的基本原理。首先是第2章热力学。该章将介绍凝聚态的平衡概念，包括自由能和化学势的计算模型，以及介绍偏离平衡效应，包括曲率和动力学效应。这些概念将在第3章相图中进一步体现，以便于研究由各相间化学平衡所构建的二元和三元平衡相图。
　　平衡就是在足够长的时间内，系统内部空间的温度?组分以及压力等都不发生变化。所以，对平衡来说，不存在有效时间或长度尺度。然而，与实际过程相关的有限时间总能导致长度尺度上的变化，影响着最终铸件性能。前面介绍的各种尺度组织演化就是最好的例证。第4章将要介绍的质量?动量?热量以及组元传输的控制方程正是出于解决上述问题的目的而进行的。特别是对单相及相界面处的控制方程进行了详细推导，并提出了一个适用于描述液固两相共存体积元的体积平均方法。该方法在随后章节的介观模型发展中发挥作用，从而建立起联系微观及宏观尺度的桥梁。
　　本书重点放在凝固过程方面，即液固相边界的移动问题。理论模型的建立需要对一个事先未知位置的相界施加一些边界条件，这是最具挑战性的地方。第5章将介绍此方面研究的相关解析解。这些问题对于控制及确定凝固过程各种重要的物理现象非常关键。然而解析模型通常仅针对一维平界面?材料性能参数为常量且边界条件比较简单的特殊情况。为了克服这些不足，第6章将对凝固过程的数值模拟进行介绍。
　　完成以上基础理论介绍后，第二部分将对微观组织演化进行阐述。同样遵循前面尺度划分主线，第7章将对形核现象进行阐述，探索液态金属在冷却过程中最初固相是如何形成的。在这个过程中，热力学发挥着极为重要的作用，从亚微观尺度上，形核取决于固液相界面能同体积自由能的平衡，随着晶核向微观尺度上的不断生长，晶粒将呈现出其内在的晶体学特征。第8章将围绕最常见的枝晶形貌进行详细描述。对于铸件，与枝晶相关的长度尺度非常重要，因为它直接影响着铸件性能以及缺陷形成，因此，这一章也将重点介绍加工参数对枝晶尺度的影响，以便有兴趣的读者能够领会其中所蕴涵的理论。同时，我们也强调了一些后续章节所用到的重要结果。第9章介绍了共晶和包晶合金系，即涉及熔体与两个不同固相的凝固现象，尤其重点阐述在加工条件影响下这些合金组织在长度尺度上的演化。
　　以上章节所涉及的各种过程将直接导致铸件中各种化学偏析的形成。偏析的大小及程度将影响材料的性能，并影响后续热处理工艺（如均匀化?沉淀析出等）。第10章介绍偏析现象的相关模型，本章会用到第5章?第6章从微观尺度推导出的公式。第二部分以第11章作为结束，将详细阐述宏-微观模型，即如何将第7~10章微观组织演化模型与第6章宏观模型相结合，这能为分析真实铸造过程提供有力的工具。
　　最后是第三部分，将对铸件中存在的一些最常见缺陷进行详细分析。第12章孔缺陷将介绍凝固收缩及气体释放如何导致铸件中形成缩孔。除了众所周知的水?半导体硅?锗，几乎大多数材料的密度均随凝固而增加，随着凝固过程的进行，体积的减小需要液体的流动来补偿，然而，这种流动受到由组织形成所导致的黏性阻力，当这种阻碍作用足够大时将形成缩孔。除了这种黏性阻碍，各种应力现象同样存在，如来自固态热收缩阶段的应力将导致热裂的产生，这些将在第13章予以介绍。第14章宏观偏析将介绍固相与液相的相对运动如何导致宏观尺度上的偏析。
　　……

前言/序言

破晓之歌：失落文明的探寻与重塑 作者： 艾莉森·维恩特（Allison Vient） 类型： 史诗奇幻 / 古代历史悬疑 篇幅： 约 1500 字 --- 卷一：时间的灰烬 引言： 在被遗忘的编年史深处，有一个名字被刻在了风化的石碑上——亚特兰蒂斯。然而，关于那个辉煌帝国的最终命运，流传下来的只有残破的传说与矛盾的记载。本书并非讲述那个失落之地的沉没，而是聚焦于“大寂静”时期后，人类文明在废墟之上艰难重建的第一个千年。它描绘了一个世界，在那里，魔法已退化为脆弱的低语，而科学，则被视为一种危险的异端。 内容梗概： 《破晓之歌：失落文明的探寻与重塑》带领读者进入“灰烬纪元”的第三个百年。世界被广袤的“寂静荒原”所覆盖，那是古代文明自我毁灭后留下的、充斥着不稳定的能量漩涡和变异生物的禁区。人类主要聚集在少数几个依附于古代遗迹残骸建立起来的堡垒城市中。 故事的主角是卡珊德拉·雷恩（Cassandra Raine），一位年轻的“语者”。在那个时代，语者是少数能够解读古代文字和符号的人，他们被视为抄写员和历史的守护者，地位介于学者与祭司之间。卡珊德拉的童年是在“奥古斯塔”——一座建立在古代巨型图书馆废墟上的城市——度过的。她痴迷于那些关于“光铸者”的传说，那是传说中掌握着能够重塑物质与精神力量的古代工程师。 她的平静生活被一个突如其来的发现所打破。在一次深入荒原边缘的考古勘探中，卡珊德拉发现了一个未曾被古代灾难波及的地下密室。密室中没有黄金或宝石，只有一具保存完好的古代遗骸，以及一本用未知金属箔片制成的日志——《伊卡洛斯的观测》。 日志中描述的不是关于战争或毁灭，而是关于“结构共振”的理论：一种通过精确的声学频率来稳定物质结构，甚至逆转熵增的古代科学。这与当时占主导地位的、依赖牺牲和献祭来获取微弱能量的“自然崇拜”教义完全相悖。 奥古斯塔的统治阶层——由保守的“灰袍议会”掌控——对这份发现持强烈的怀疑和敌意。他们认为任何对古代力量的探究都是对“平衡”的亵渎，是引发下一次灾难的前奏。卡珊德拉因此被视为异端，不得不带着《伊卡洛斯的观测》和她的导师留下的一个神秘的“谐振器”逃亡。 冲突与旅程： 卡珊德拉的逃亡之路，是一场对知识的追逐，也是一场对自我身份的界定。她结识了泽维尔（Xavier），一位来自南方湿地部落的流浪机械师。泽维尔对古代遗留的机械装置有着近乎本能的理解，他相信力量不应被禁锢在迷信之中，而应被理解和利用。两人的结合，代表了古代智慧（卡珊德拉的解读）与实际操作（泽维尔的工程能力）的首次有效碰撞。 他们的目标是找到传说中“大寂静”发生前最后一个仍在运作的古代研究前哨——位于世界尽头的“静默之塔”。他们相信，只有在那里，他们才能找到解码《伊卡洛斯的观测》剩余部分的密钥，并验证结构共振是否真能为人类文明提供一条摆脱资源枯竭和能源依赖的新出路。 然而，追捕者紧随其后。灰袍议会派出冷酷的“清算者”部队，他们装备着基于原始神谕的武器，旨在销毁一切被视为“傲慢”的科技遗物。同时，荒原上的变异生物——那些受不稳定能量扭曲的古老造物——也对他们构成了致命威胁。 主题探讨： 本书深入探讨了知识的权力与进步的代价。它质疑了“停滞是否就是安全”的论点，并探究了在文明的废墟之上，是应该固守被教条化的信仰，还是应该冒着风险去拥抱那些被历史遗忘的、可能带来真正重生的真理。卡珊德拉的旅程，是关于在黑暗中点燃科学的火花，并对抗那些宁愿让世界保持在可控的衰败中，也不愿接受彻底变革的守旧势力。 --- 卷二：共振之塔 内容聚焦： 第二卷主要围绕卡珊德拉和泽维尔穿越“碎骨峡谷”和“回声平原”的艰险旅程，以及他们与抵抗力量的接触。他们并非孤军奋战，一支秘密的地下学者团体——“灯塔信徒”——开始秘密支持他们的行动，他们相信结构共振是复兴文明的关键。 当他们终于抵达静默之塔时，发现它并非一座废弃的建筑，而是一个仍在进行着某种精密计算的巨大工程。塔的核心，是一个不断发出低频嗡鸣的巨大晶体。在那里，卡珊德拉发现了最终的真相：古代文明的毁灭并非源于外部敌人，而是源于他们对“共振”力量的滥用，试图超越物理法则的极限，导致了整个星球能量场的崩溃。 高潮与抉择： 在塔内，卡珊德拉面临的不仅是追兵，还有道德困境：他们是否应该激活塔内遗留的完整共振系统？这样做无疑可以立即重塑荒原，带来丰饶与和平，但同时也可能重蹈覆辙，再次引爆灾难。 泽维尔主张谨慎地利用共振的原理来净化部分荒原区域，而非全面激活。最终，卡珊德拉决定采用一种折中的方案：她使用《伊卡洛斯的观测》中的知识，结合泽维尔的工程学，设计了一个“局部稳定矩阵”。这个矩阵不是为了创造奇迹，而是为了以一种可持续、可控的方式，将古代的知识转化为可被当代人类理解和维护的工具。 在清算者部队的最后围攻中，卡珊德拉成功启动了矩阵。巨大的能量没有爆发成毁灭性的冲击波，而是化为一道清晰、稳定、覆盖了周围几百平方英里的“清澈光芒”。荒原上的扭曲开始消退，不再是充满危险的禁区，而是逐渐显露出可以耕种的土地。 结局余韵： 卡珊德拉和泽维尔没有成为新的统治者，而是成为了新时代的引路人。他们将塔内的知识以“应用手册”的形式，教导给那些愿意学习的人，强调理解、责任和节制的重要性。灰袍议会的权力开始瓦解，被对知识和重建的渴望所取代。《破晓之歌》结束于奥古斯塔城墙外，第一批学会使用稳定矩阵的农民，在曾经的荒原上，播下了第一粒健康的种子。黎明已经到来，但重建的道路才刚刚开始。 --- （此书的叙事风格着重于对古代技术哲学的探讨，人物的冲突更多源于意识形态的对立而非简单的善恶斗争，文风倾向于严谨的历史描述与富有想象力的工程细节相结合。）

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这是一本能够引发深刻思考的书。它不仅仅讲述了一个故事，更像是在提出一系列问题，关于人性，关于选择，关于坚持，关于改变。作者并没有试图给你标准答案，而是鼓励你从书中汲取力量，去审视自己的生活，去探索属于自己的意义。读完它，你会发现自己对一些曾经习以为常的事情有了新的认识，甚至对一些人生困惑有了新的解答方向。它就像一面镜子，照出了我内心深处的某些角落，让我对自己有了更清晰的认知。这种触及灵魂的阅读体验，是很难得的。它不仅能够愉悦你的精神，更能够滋养你的内心，让你在合上书本后，依然能够感受到它所带来的回响。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的语言风格简直是一种享受。作者的文字功底深厚，遣词造句都恰到好处，没有丝毫的冗余，也没有刻意的华丽。他能够用最简洁的语言描绘出最复杂的场景，用最日常的比喻阐释最深刻的道理。我特别欣赏他在描写人物内心活动时，那种细腻入微的刻画，仿佛能够直接窥探到人物灵魂深处最隐秘的角落。那些场景的描绘，更是充满了画面感，读起来就像在看一部高质量的电影，每一个细节都栩栩如生。有时，我会因为某一句精炼的话而停下来，反复品味它的韵味；有时，我会因为某个生动的比喻而会心一笑。这种文字的魅力，让我完全沉浸在故事中，忘记了时间的流逝。这本书不仅内容精彩，光是品味它的语言，就已经是一次极大的享受了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常引人注目，是那种能够让你在书店一眼就注意到，然后忍不住拿起它细细品味的类型。封面的颜色搭配是冷暖色调的巧妙融合，既有某种沉静的坚毅，又隐约透出勃勃生机。标题“凝固”二字，字体设计也颇有深意，它不是那种粗犷有力的字，而是带着一种内敛的、仿佛经过千锤百炼的质感，暗示着一种力量的积蓄和最终的成型。拿到书本，纸张的触感也非常舒服，不是那种廉价的胶印纸，而是带着微微的纹理，仿佛能感受到作者在创作过程中注入的用心。合上书的那一刻，甚至还能闻到一股淡淡的油墨香，这是一种久违的、属于实体书的纯粹的香气，让人忍不住想要立刻沉浸到书中去，去探索它究竟讲述了怎样一个“凝固”的故事。这本书从一开始就建立了一种高级的仪式感，让我对它的内容充满了期待，仿佛手中握着的不仅仅是一本书，而是一个等待被开启的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

对于这本书的结构安排，我只能用“精巧”二字来形容。作者似乎对叙事的节奏有着近乎完美的掌控。他能够巧妙地在不同的人物视角、不同的时间线之间切换，却不会让读者感到混乱，反而能够更加立体地展现故事的全貌。我尤其赞赏的是，在某些关键的情节点，他会突然放慢叙事的脚步，用一段充满哲思的独白来引发读者的思考，这不仅增加了故事的深度，也让阅读过程充满了惊喜。这种结构上的大胆创新，使得故事既有起伏跌宕的 Spannung，又不失冷静的思考。它不是那种直线式的叙述，而是像一张精密的网，将所有线索都巧妙地编织在一起，直到最后，所有的拼图都完美地契合，露出一个令人震撼的全景。

评分☆☆☆☆☆

读完之后，我脑海中挥之不去的是那种宏大叙事所带来的震撼感。作者似乎以一种非常独特的视角，去审视那些在历史长河中显得无比重要，但又常常被我们忽略的细微之处。他笔下的人物，即便身处时代的洪流之中，也展现出惊人的韧性和独立思考的能力。我尤其喜欢他对某个历史事件的描写，那种层层剥 নির্মিত、抽丝剥茧的过程，让我看到了事件背后错综复杂的人性纠葛和社会动态。这种叙事方式，不直接抛出结论，而是引导读者自己去感受，去体会，去做出判断，这本身就是一种极高的文学成就。书中的很多段落，都让我反复咀嚼，仿佛每一次阅读都能挖掘出新的含义。它不是那种一眼望到底的书，而是需要读者投入时间和精力去理解，去沉淀，才能真正领略到其中的精妙之处。这种需要深度参与的阅读体验，是现在很多快餐式内容难以比拟的。

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很好 物流特别快 支持

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打开包装，书显得很久，一看就脏兮兮的。打开书一看是盗版的，纸张薄的都快透字了，并且掉墨。严重鄙视卖盗版货！！！

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专业书籍，买来自用。送货特快，赞！

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