本书系统介绍了金属凝固过程中树枝晶生长的微观模型、数值计算方法，应用相场法和元胞自动机法模拟了纯金属和合金的树枝晶生长过程。全书分为两部分：第一部分介绍经典形核、界面稳定性、树枝晶生长的基础理论和常用数值计算方法；第二部分以作者工作成果为基础，介绍了模拟树枝晶生长的相场模型和元胞自动机模型，并给出了这两种模型的应用。 本书可供相关专业科技人员参考，也可供高等院校材料学、材料成型及控制工程、冶金学、机械工程等专业相关的本科生和研究生使用。

第1章 枝晶生长理论基础
1.1 金属凝固的热力学基础
1.1.1 单元材料的相平衡
1.1.2 二元合金的相平衡
1.1.3 相图计算
1.1.4 溶质再分配
1.1.5 溶质捕获
1.2 形核
1.2.1 均质形核
1.2.2 异质形核
1.3 晶体微观生长机制
1.4 合金的固液界面稳定性
1.4.1 成分过冷
1.4.2 MS理论
1.5 树枝晶生长理论
1.5.1 过冷熔体中枝晶生长
1.5.2 定向凝固树枝晶生长
1.6 液相对流对枝晶生长的影响
1.7 界面能各向异性对枝晶生长的影响
参考文献
第2章 微观组织模拟方法
2.1 传热传质模型
2.1.1 控制方程
2.1.2 有限差分法
2.1.3 有限元法
2.1.4 有限体积法
2.1.5 格子-Boltzmann法
2.2 凝固过程微观组织模拟方法
2.2.1 确定性方法
2.2.2 概率方法
2.2.3 相场方法
参考文献
第3章 凝固过程枝晶生长的相场法模拟
3.1 概论
3.1.1 相场法
3.1.2 相场模型
3.1.3 凝固特征值的计算
3.1.4 相场法模拟凝固微观组织
3.2 纯物质过冷熔体枝晶生长的相场法模拟
3.2.1 纯物质枝晶生长的相场模型
3.2.2 相场控制方程的离散
3.2.3 纯物质Ni过冷熔体枝晶生长的模拟
3.2.4 小结
3.3 Al-Si合金等温凝固枝晶生长的相场法模拟
3.3.1 二元合金等温凝固过程的相场模型
3.3.2 相场控制方程的离散
3.3.3 初始条件和边界条件
3.3.4 Al-2mol%Si合金等温凝固单个枝晶生长的模拟
3.3.5 Al-2mol%Si合金等温凝固多个枝晶生长的模拟
3.3.6 Al-2mol%Si合金等温凝固枝晶粗化
3.3.7 小结
3.4 Fe-C-Mn三元合金等温凝固枝晶生长的相场法模拟
3.4.1 Fe-C-Mn三元合金相场模型
3.4.2 Fe-1.0mol%C-0.1mol%Mn合金等温凝固枝晶生长模拟
3.4.3 小结
3.5 Ti-45at%Al合金等温凝固枝晶生长的相场法模拟
3.5.1 Ti-45at%Al合金相场模型的建立
3.5.2 Ti-45at%Al合金等温凝固枝晶生长的模拟
3.5.3 相场参数对枝晶形貌的影响
3.5.4 小结
3.6 相场模拟的前景与挑战
3.6.1 枝晶生长方向的转变
3.6.2 微重力凝固实验
参考文献
第4章 元胞自动机法模拟枝晶生长
4.1 元胞自动机模型的发展
4.2 二维元胞自动机模型模拟枝晶生长
4.2.1 模型建立
4.2.2 模型验证
4.2.3 丁二腈-2.5wt%乙醇合金凝固组织模拟
4.3 三维元胞自动机模型
4.3.1 热和溶质扩散方程
4.3.2 形核率计算
4.3.3 固液界面生长速度和固相分数的计算
4.3.4 固液界面平衡溶质浓度计算
4.4 Al-Cu合金过冷熔体中的枝晶生长
4.5 Al-Cu-Mg合金枝晶生长模拟
4.6 Al-Cu-Mg合金定向凝固枝晶生长模拟
4.6.1 Al-Cu-Mg合金定向凝固二次枝晶间距
4.6.2 一次枝晶间距选择过程
4.6.3 凝固速度对枝晶间距的影响
4.6.4 Mg含量对枝晶间距的影响
4.7 Al-Cu-Mg合金等轴晶生长模拟
4.7.1 异质形核及枝晶生长过程
4.7.2 冷却速率对凝固组织的影响
4.7.3 形核接触角对凝固组织的影响
4.7.4 形核质点密度对凝固组织的影响
4.8 流动作用下Al-Cu合金的枝晶生长
4.8.1 流动对等轴晶生长的影响
4.8.2 来流对过冷熔体中枝晶生长的影响
4.8.3 流动对柱状晶生长模拟
4.9 格子-Boltzmann方法模拟流动作用下枝晶生长
4.10 重力作用下Al-Cu合金枝晶沉降
4.10.1 虚拟区域-拉格朗日方法
4.10.2 Al-Cu合金过冷熔体中等轴晶生长
参考文献