生产条件下金属凝固过程的实验研究是凝固领域的难题，至今没有有效的解决方案。上海大学先进凝固技术中心突破了物质模拟和几何模拟两种实验方法的局限，提出了基于条件相似、以点见面的热模拟方法。该方法成功地将生产条件下金属凝固过程“浓缩”到在实验室中用少量金属研究，为生产条件下金属凝固过程实验研究提供了有效的方法。依靠方法创新，作者研制了一系列实验装备，并在基础研究和生产工艺优化方面进行了成功的实践。本书内容主要包括热模拟的技术思想及原理，基于热模拟方法设计装备或实验方案，还包括作者利用热模拟技术开展的科学研究和应用研究典型案例。
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1. 2003年09月至2007年06月，山东大学材料科学与工程学院 材料科学与工程，学士
2. 2007年09月至2013年03月，上海大学材料科学与工程学院 钢铁冶金，博士1. 2013.07-2017.2 上海大学，讲师
2. 2017.03-今 上海大学，副研究员1. “脉冲磁致振荡连铸方坯凝固均质化技术”，国家技术发明奖，二等奖，2017年，排名第5
2. Thermal simulator for solidification process of continuous casting（连铸坯凝固过程过程热模拟试验机），日内瓦国际发明金奖，2022年，排名第1（本书依托项目）
3. 基于特征单元的连铸凝固过程热模拟技术及装备，中国冶金科学技术奖一等奖，2020年，排名第2（本书依托项目）
4. Solidification structure and central segregation of 6Cr13Mo stainless steel under simulated continuous casting condition，上海金属学会优秀青年科技论文，一等奖，2023年，排名第1（本书内容）1. 中国金属学会钢铁近终形制造技术分会，第一届/第二届委员会委员（2019、2024）
2. International Federation on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing（热加工物理模拟及数值模拟国际联合会），理事（2019）
3. 中国金属学会连续铸钢分会，第八届委员会委员（2021）
目录
前言
第1章 金属凝固过程及基础理论 1
1.1 液态与固态金属的结构 1
1.1.1 液态金属结构 1
1.1.2 固态金属结构 2
1.2 晶核的形成 2
1.2.1 经典均质形核模型 3
1.2.2 经典异质形核模型 3
1.2.3 经典异质形核理论的发展 6
1.2.4 形核能力评估 9
1.3 晶体生长及界面稳定性 12
1.3.1 固液界面结构及晶体的生长 12
1.3.2 界面稳定性 12
1.4 柱状晶向等轴晶的转变 15
1.4.1 晶核来源假说 16
1.4.2 凝固条件对CET的影响 20
1.4.3 CET预测模型 21
1.5 热裂纹的形成 24
1.5.1 热裂形成机制 25
1.5.2 热裂判据 26
1.5.3 热裂研究存在的问题 28
1.6 经典凝固理论的局限性 29
第2章 凝固过程常用研究方法 30
2.1 异质形核研究方法 31
2.1.1 差热分析 31
2.1.2 原位透射电镜及同步辐射 32
2.1.3 分子动力学 33
2.2 凝固过程实验研究方法 36
2.2.1 直接实验法 36
2.2.2 离线实验(模拟实验)法 37
2.3 数值模拟方法 40
2.3.1 连铸过程数值模拟 40
2.3.2 铸锭凝固数值模拟 43
2.4 传统方法在冶金凝固过程研究中的局限性 44
第3章 冶金凝固过程热模拟方法 46
3.1 冶金凝固过程热模拟原理 46
3.2 凝固特征单元的选择 47
3.3 连铸板坯枝晶生长热模拟技术 50
3.3.1 技术原理 51
3.3.2 主要功能 53
3.4 连铸板坯枝晶生长热模拟的相似性检验 54
3.5 热模拟与传统凝固研究方法的比较 61
第4章 连铸坯柱状晶向等轴晶转变热模拟 62
4.1 强冷条件下等轴晶来源探索 62
4.1.1 柱状晶生长前沿等轴晶来源 62
4.1.2 心部等轴晶来源 67
4.2 柱状晶向等轴晶转变条件 68
4.2.1 柱状枝晶生长动力学 68
4.2.2 CET转变条件 72
4.2.3 连铸坯CET的影响因素 76
4.3 连铸坯凝固组织及CET预测模型优化 79
4.3.1 二元合金凝固组织预测及热模拟验证 79
4.3.2 双相不锈钢凝固组织及CET预测 82
第5章 工艺参数对连铸坯凝固组织影响热模拟 87
5.1 高铬马氏体不锈钢连铸可行性热模拟研究 87
5.1.1 连铸工艺参数对凝固组织影响 87
5.1.2 连铸工艺参数对宏观偏析的影响 92
5.1.3 铸坯中的夹杂物 97
5.1.4 凝固组织与宏观偏析的关系 98
5.2 高速钢连铸凝固组织热模拟 101
5.2.1 连铸M2高速钢凝固组织热模拟 101
5.2.2 PMO对M2高速钢铸坯凝固组织影响 107
5.3 连铸工艺参数对新型双相不锈钢铸坯凝固组织的影响 109
5.4 高碳T10A钢连铸工艺参数优化 112
第6章 连铸坯表层铸态组织演变规律热模拟 115
6.1 低碳钢连铸坯表层微观组织演变过程热模拟 115
6.1.1 热模拟实验过程 115
6.1.2 相似性检验 115
6.1.3 铸坯表层奥氏体晶粒长大规律 117
6.2 钢种成分对铸坯表层奥氏体晶粒生长的影响 119
6.3 结晶器冷却强度对铸坯表层奥氏体晶粒长大的影响 122
第7章 双辊连铸薄带凝固过程热模拟技术及应用 128
7.1 双辊连铸薄带凝固热模拟技术 128
7.2 硅钢薄带凝固组织热模拟研究 131
7.3 离心式薄带凝固热模拟应用 135
7.3.1 离心式薄带的浇注过程及凝固组织 135
7.3.2 亚快速凝固超性能工程材料开发 138
第8章 大型铸锭凝固组织热模拟 149
8.1 大型铸锭凝固热模拟技术 149
8.1.1 大型铸锭凝固特征单元及关键特征单元 149
8.1.2 技术原理 150
8.1.3 主要功能 150
8.2 25t铸锭表层及内部凝固组织热模拟 152
8.2.1 铸锭表层凝固组织热模拟 152
8.2.2 25t铸锭内部凝固组织热模拟 154
8.3 231t铸锭凝固热模拟 156
8.3.1 231t大型铸锭凝固组织热模拟 156
8.3.2 大型铸锭凝固组织热模拟 158
8.3.3 热模拟凝固组织分析 161
8.3.4 冷却速率与凝固组织的关系 163
8.3.5 强制对流对凝固组织的影响 164
第9章 异质形核热模拟技术及其应用 169
9.1 异质形核热模拟技术 169
9.1.1 技术原理 169
9.1.2 主要功能 170
9.2 Au的异质形核机理研究 171
9.2.1 不同衬底触发Au形核的过冷度 171
9.2.2 Au在不同单晶衬底的形核过冷度 172
9.2.3 不同衬底触发Au形核统计结果 172
9.2.4 冷速对Au形核过冷的影响 173
9.2.5 Au的润湿角 175
9.3 Al的异质形核机理研究 176
9.3.1 不同质形核衬底过冷度 176
9.3.2 Al在不同衬底上异质形核的过冷度 177
9.3.3 形核过冷度与异质界面尺寸 179
9.3.4 异质形核过冷度与错配度 181
9.4 Al在不同异质衬底的择优生长 183
9.4.1 Al/MgO的界面结构 185
9.4.2 Al/MgAl2O4的界面结构 194
9.4.3 Al/Al2O3的界面结构 203
第10章 热裂热模拟方法及其应用 208
10.1 热裂热模拟技术 208
10.2 晶间搭桥及其对热裂的影响 210
10.3 钢的热裂机理及判据 214
10.3.1 晶间搭桥对热裂的影响 214
10.3.2 低碳钢热裂机理及条件 216
10.3.3 基于能量增长率的热裂判据 221
10.3.4 高碳钢的热裂和热裂判据验证 223
10.3.5 糊状区应变中的流变行为 225
10.4 AZ91D镁合金的热裂行为 227
10.4.1 AZ91D镁合金热裂形成条件 227
10.4.2 AZ91D镁合金热裂形成机理 231
10.4.3 热裂判据的讨论及优化 233
10.5 小结及展望 234
参考文献 236
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