فرآوری انجماد ( انجماد پیشرفته)

فصل اول : انتقال حرارت در انجماد 
رشد تک بلور
انجماد قطعات ریختگی و شمش‌‌ها
ریخته‌‌گری در قالب‌‌های عایق
حل‌‌ تحلیلی معادلات انتقال حرارت برای شمش‌‌ریزی
انجماد آلیاژها
انجماد در حالت انتقال حرارت چند بُعدی
مسائل فصل اول
 
فصل دوم: انجماد آلیاژهای تک‌‌فاز با جبهه انجماد مسطح 
مقدمه
انجماد تعادلی
عدم نفوذ در جامد
نفوذ محدود در مذاب، بدون جابه‌‌جایی
اثر جابه‌‌جایی
رشد چکرالسکی (کشیدن بلور)
ذوب کردن موضعی
رشد بلور با عوامل فرّار
نفوذ در جامد
اثر رخه
رشد تک بلورهای تکامل یافته‌‌تر
مسائل فصل دوم
 
فصل سوم: انجماد سلولی تحت انجماد ترکیبی و تشکیل سلول 
نظریه پایداری سطح مشترک
ساختار سلولی
تشکیل شاخه‌‌ها
انتقال از سلولی به شاخه‌‌ای
توزیع مجدد ماده حل‌‌شونده در انجماد سلولی
فضای سلول
نفوذ در حالت جامد
آلیاژهای سه‌‌تایی
مسائل فصل سوم
 
فصل چهارم: انجماد آلیاژهای چندفازی با جبهه مسطح 
مقدمه
رشد یوتکتیک ورقه‌‌ای
رشد یوتکتیک میله‌‌ای
رشد یوتکتیک رخه‌‌دار ـ بدون رخه‌‌
پایداری سطح مشترک
تجزیه و تحلیل نوسان برای پایداری
ویژگی‌‌های یوتکتیک‌‌های بلورین منجمد شده به صورت جهت‌‌دار
رشد در حالت ناپایدار
دیگر ساختارهای دوفازی
آلیاژهای سه‌‌تایی
اثر جابه‌‌جایی
مسائل فصل چهارم
 
فصل پنجم: انجماد ریختگی‌‌ها و شمش‌‌ها 
ساختار دانه
ساختارهای ستونی
ریزجدایش در ساختارهای ستونی
فواصل بین بازوی شاخه‌‌ای
دانه‌‌های هم‌‌محور
شاخه‌‌های رخه‌‌دار و جهات رشد ترجیح داده شده
دما و کسر جامد
انجماد مذاب‌‌های به تحت انجماد رفته
ساختار مذاب‌‌های به تحت انجماد رفته
مسائل فصل پنجم
 
فصل ششم: انجماد آلیاژهای چند فازی ریختگی‌‌ها و شمش‌‌ها 
انجماد پری تکتیک
انجماد یوتکتیک
چدن‌‌ها
انجماد یوتکتیک در چدن‌‌ها
توزیع مجدد ماده حل‌‌شونده در آلیاژهای سه‌‌تایی
انجماد مونوتکتیک
ناخالصی‌‌های اولیه
آخال‌‌های ثانویه
گاز حل شده
گاز‌‌زدایی به وسیله تشکیل حباب
تشکیل تخلخل گازی در موقع انجماد
مسائل فصل ششم
 
فصل هفتم: جریان سیال 
مقدمه
سیستم راهگاهی
سیالیت
جابه‌‌جایی در مایع زمینه
تغذیه کردن مواد خالص
جریان سیال بین شاخه‌‌ای
تغذیه‌‌کردن آلیاژها
درشت جدایش
جنبه‌‌های کمّی درشت جدایش
حرکت مایع به اضافه جامد
مسائل فصل هفتم
 
فصل هشتم: ترمودینامیک انجماد 
مقدمه
مواد خالص
آلیاژهای دوتایی؛ فاز پایدار تعادلی
ریب توزیع
اثر انحناء
اثر فشار
آلیاژهای دوتایی؛ تعادل فاز نیمه پایدار
ترکیب شیمیایی در فصل مشترک مذاب ـ جامد
شکل تعادلی فازها
ناهمسانی انرژی سطحی مایع ـ جامد
مسائل فصل هشتم
 
فصل نهم: جوانه‌‌زنی و سینتیک‌‌های فصل مشترک‌‌ 
جوانه‌‌زنی همگن (یکنواخت)
جوانه‌‌زنی غیرهمگن و اصلاح دانه
رشد
رشد پیوسته
رشد جانبی
رشد به وسیله جوانه‌‌زنی دو بُعدی
رشد به وسیله نا‌‌به‌‌جایی‌‌های پیچی
رشد به وسیله تکثیر سطوح دوقلویی
شكل‌‌های ظاهری رشد
مسائل فصل نهم
 
فصل دهم: فرآوری و خواص 
یكنواخت كردن (همگن كردن)
عملیات محلول‌‌سازی
چدن چکش‌‌خوار
چدن‌‌های فریتی، پرلیتی، و مارتنزیتی
خواص مکانیکی ساختارهای هم محور ریختگی
خواص ساختارهای ستونی
مواد مرکب هم‌‌راستا شده
اثرات کار مکانیکی
مسائل فصل دهم

پیشگفتار 
عمده این کتاب حاصل سخنرانی‌‌های ارائه شده برای دانشجویان سال آخر کارشناسی و دانشجویان کارشناسی ارشد در دانشگاه صنعتی ماساچوست می‌‌باشد. کتاب حاضر برای دانشجویان و همچنین مهندسین و محققین و پژوهشگران مورد استفاده می‌‌باشد. هدف اساسی این کتاب بررسی بنیادی فرآیند انجماد و کاربردی کردن آن می‌‌باشد. فرآیندهای رشد بلور، قطعه‌‌ریزی، شمش‌‌ریزی، انجماد مواد مرکب (کامپوزیتی) و سرد کردن پرتابی است.
این کتاب بر مبنای اصول انتقال حرارت، انتقال جرم و سینتیک رشد سطح مشترک استوار است، بر این اساس رفتارهای مشابه فرآیندهای متفاوت در انجماد آشکار می‌‌شود. در مسائل پایان هر بخش تلاش می‌‌شود اصول را به عمل مرتبط ساخته، تفاوت‌‌های مهم و همچنین وجوه تشابه بین فرآیندها را نشان دهد. ریاضی مهندسی به عنوان پیش نیاز این درس لازم است ولی بهتر است دانشجو دوره‌‌ای در رابطه با ساختمان مواد گذرانده باشد.
مبحثی ضروری در همه فرآیندهای انجماد، انتقال حرارت است. این موضوع در بخش اوّل مورد بررسی قرار گرفته و سبب انسجام پیگیری مطالب و مبنایی برای شرح و مقایسه فرآیندهای انجماد خواهد شد که می‌‌تواند با در نظر گرفتن فرضیات ساده‌‌کننده در رابطه با مکانیزم انجماد همراه گردد. بخش دوم با انتقال جرم (توزیع مجدد ماده حل‌‌شونده) در رشد تک‌‌بلورها سروکار دارد.
شرحی کمّی در مورد تحول انجماد ارائه گردیده که با در نظر گرفتن سطح مشترک مایع ـ جامد به صورت تک فاز و مسطح، به مقدار زیادی ساده‌‌سازی شده است. همچنین معادلات اقتباس شده در این بخش در شرح انجماد شاخه‌‌ای (دندریتی) مفید است با این استثناء که معادلات برای ریزساختار در فضای بین بازوهای شاخه‌‌ای به کار می‌‌رود.
بخش سوم با این سؤال مهم سروکار دارد که چگونه جبهه‌‌ای مسطح در رشد بلور حفظ شود و تحت چه شرایطی این جبهه یا سطح مشترک مسطح از بین رفته و سلول‌‌ها تشکیل می‌‌شود. چگونه توزیع مجدد ماده‌‌حل‌‌شونده رخ می‌‌دهد. پیشروی سطح مشترک حین انجماد دوباره در بخش چهارم مورد توجه قرار می‌‌گیرد امّا این بار برای آلیاژهای چندفازی مثل مواد یوتکتیک و غیریوتکتیک که به طور کلی با یک سطح مشترک مایع ـ جامد مسطح منجمد می‌‌شود. در این بخش برای اولین بار از این مفهوم استفاده می‌‌شود که نقطه ذوب تعادلی جوانه‌‌ای جامد، به شعاع انحنای آن بستگی دارد. انجماد آنگونه که در ریخته‌‌گری قطعات و شمش‌‌ها رخ می‌‌دهد در بخش‌‌های پنجم و ششم مورد بررسی قرار گرفته است. به طور مشخص‌‌تر، بخش‌‌های مذکور جنبه‌‌های ریز ساختاری انجماد قطعات و شمش‌‌ها را در نظر می‌‌گیرد که شامل رشد شاخه‌‌ای، ریزجدایش، تشکیل ناخالصی و تشکیل تخلخل‌‌های گازی و انقباضی می‌‌باشد و اصولاً بر مفاهیم انتقال حرارت و انتقال جرم ارائه شده در بخش‌‌های قبلی تکیه دارد.
جریان سیال نقشی بزرگ در فرآیندهای انجماد ایفا می‌‌کند. با وارد کردن فلز در درون قالب، انتقال جرم در اثر تفاوت چگالی مواد یا اثرات حرارتی و یا به وسیله انقباض‌‌های حین انجماد رخ می‌‌دهد. جریان سیال که در بخش هفتم راجع به آن بحث شده، اثرات مهمی بر روی ساختار و جدایش در فرآیندهای انجماد دارد. قسمتی مهم از بخش هفتم با جریان سیال بین شاخه‌‌ها و رابطه آن با تخلخل و جدایش در قطعات ریختگی و شمش‌‌ها سروکار دارد.
قسمت‌‌های عمده هفت بخش اوّل و همه بررسی‌‌های کمّی در این بخش‌‌ها، سطح مشترک مایع ـ جامد را تعادلی در نظر می‌‌گیرد، یعنی فرض می‌‌شود تحت انجماد سینتیکی که نیروی رانش برای پیشروی سطح مشترک جامد ـ مایع و رشد جامد است مقداری بسیار کم می‌‌باشد. موقعی که در سطح مشترک رخه تشکیل می‌‌شود، دیگر این فرض معتبر نیست و به نظر می‌‌رسد تقریبی جالب برای بسیاری از آلیاژها که بدون‌‌رخه جامد می‌‌شود، است.
مفاهیم این فرضیه با در نظر گرفتن تعادل ترمودینامیکی در سطح مشترک مایع ـ جامد در بخش هشتم مورد بررسی قرار می‌‌گیرد. همچنین قسمتی از این بخش مرتبط با سطح مشترک مایع ـ جامدی است که در شرایط غیر تعادلی رشد می‌‌نماید.
سینتیک تشکیل جوانه در سطح مشترک مایع ـ جامد در بخش نهم بحث می‌‌شود. اگرچه سینتیک رشد کیفی مطرح می‌‌شود امّا مبنایی را برای درک شکل ظاهری رشد رخه‌‌ها ارائه می‌‌کند که در بسیاری از سیستم‌‌های واقعی مشاهده می‌‌شود و همچنین مبنایی را برای درک فرآیند انجماد (رشد) موادی مانند بلورهای میله‌‌ای به وسیله یک مکانیزم رشد دو‌‌قلویی مقعر شکل ارائه می‌‌دهد.
هدف اصلی در بسیاری از مطالعات انجمادی، به دست آوردن ساختار بهتر در محصول ریختگی با کنترل پارامترهای انجمادی است. مثال‌‌های ارائه شده در این بخش نشان می‌‌دهد چگونه اصول ارائه شده در بخش‌‌های قبلی را می‌‌توان برای به دست آوردن ساختارهایی با خواص فیزیکی یا مکانیکی بهینه استفاده کرد.
مرتون سی فلمینگز
((Merton. C. Flemings
 
پیشگفتار مترجم
به نام خداوند جان و خرد       کز این برتر اندیشه برنگذرد
سپاس بی‌‌نهایت خداوند سبحان را که توفیق این خدمت کوچک را فراهم فرمودند تا کتاب فارسی دیگری در زمینه انجماد فلزات به دانش‌‌دوستان و دانش‌‌پژوهان تقدیم گردد. کتاب حاضر ترجمه کتاب Solidification processing  از پژوهشگر و نویسنده معروفMERTON C. FLEMINGS  است.
بنیادی بودن مطالب این کتاب و مورد استفاده بودن آن در دانشگاه‌‌ها به ویژه در مقاطع تحصیلات تکمیلی، مترجم را برآن داشت تا این کتاب را به فارسی برگرداند. در تهیه این برگردان از همکاری افراد متعددی استفاده گردید. برگردان اولیه زیرنویس اشکال و جداول و همچنین اسکن آن‌‌ها توسط آقای مهندس سید غلامرضا رضوی انجام شد، که جا دارد از ایشان قدردانی نمایم. در افزایش کیفیت علمی ترجمه از رهنمودهای استاد ارجمندم جناب آقای دکتر محمود مرآتیان بهره‌‌مند شدم.
تحمل، حوصله و کمک‌‌های همه‌‌جانبه خانواده در طول مدت ترجمه و آماده‌‌سازی کتاب شایان تقدیر است.
در خاتمه از پرسنل انتشارات ارکان دانش و بویژه مدیریت این مجموعه جناب آقای مهندس محمد ترابیان که امکان چاپ و انتشار این اثر را فراهم نمودند، همچنین از سرکار خانم نسرین مختاری مدیر داخلی انتشارات به خاطر پیگیری‌‌های مجدانه در مراحل مختلف تهیه و چاپ کتاب و سرکار خانم فاطمه چلمقانی که اصلاح و صفحه‌‌آرایی متن اولیه کتاب را با حوصله و دلسوزی فراوان به عهده گرفتند و سرکار خانم نفیسه اورک شیرانی به خاطر طراحی روی جلد کتاب کمال تشکر و قدردانی را می‌‌نمایم.
باعث امتنان خواهد بود اگر لغزش‌‌ها و نارسایی‌‌هایی از سوی خوانندگان گرامی مشاهده شد، اینجانب را از نقطه‌‌نظرات سازنده و ارزشمند خود بی‌‌نصیب ننمایند.
سعید نصوحیان
nasohiyannosohiyan@gmail.com