先进制造技术的发展方向之一是实现材料组织性能的优化和精确控制,以最大限度地发挥材料的性能潜力。凝固作为金属材料制备与成型加工必须经历的过程,是实现金属材料组织与性能调控的关键工艺环节。

凝固原理是研究液固相转变过程的科学,其经典的应用背景是金属结构件的铸造技术。铸造过程的充型流动与液固相变相互耦合,在预先设计的温度场的作用下形成一定的凝固顺序、冷却速率、溶质传输等凝固条件。这些条件控制着铸件的微观组织、应力与变形、铸造缺陷,是决定铸件尺寸精度、力学性能、理化性能、加工性能以及服役寿命与可靠性的关键因素。

几乎所有金属原材料的生产都要经历铸锭(坯)的铸造工艺环节。这一环节在获得完整坯料的同时,要实现对凝固组织和成分均匀性的控制。铸锭中的凝固缺陷和成分偏析,不仅影响到后续的变形加工,而且会在最终产品中形成非均匀组织、成分偏析,乃至微裂纹等,导致原材料的品质低下,影响最终使用性能。

工业多元合金的凝固过程都是在非平衡条件下进行的,凝固组织的演变具有典型的多样性。因此,对于非平衡凝固行为的研究是发展非平衡新材料的基础。定向凝固、快速凝固、深过冷凝固、激光立体成形等都是利用非平衡凝固特性获得超常性能新材料及构件的先进技术手段。

近年来,凝固技术的应用已经延伸到金属间化合物、陶瓷材料、功能晶体等高熔化熵材料的制备和成形控制中,突显出学科交叉的优势,成为新一代材料发展的理论和技术基础。

过去十余年中,在国家973计划、国家自然科学基金重大重点项目以及其他多种科研计划项目的支持下,我国科技人员在凝固原理与应用技术的研究方面从过去的跟踪国外研究逐渐发展为该领域国际上的核心科研力量,取得大量的高水平科研成果。

受《金属学报》编委会的委托,基于本人所掌握的信息,邀请了部分国内活跃在凝固领域研究前沿的学者,就自己所熟悉的专题撰文,以期展示国内外该领域最新研究成果和进展,分享该领域的学术思想和预见,为提升我国凝固原理与技术的研究水平做出贡献。

The authors have declared that no competing interests exist.