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第1章 导论1

1.1 铸造技术简介2

1.1.1 铸造的概念和特点2

1.1.2 铸造技术的发展概况3

1.2 铸件凝固理论和技术7

1.2.1 凝固理论的发展概况7

1.2.2 凝固过程的基本问题9

1.2.3 凝固过程的研究方法10

第2章 液态金属的结构和性质12

2.1 固体金属的加热、熔化13

2.2 液态金属的结构14

2.2.1 液态金属的热物理性质14

2.2.2 X射线结构分析15

2.2.3 液态金属的结构特征16

2.3 液态金属的某些物理性质及其对凝固成型的影响17

2.3.1 液态金属的粘滞性（黏度）17

2.3.2 表面张力和界面张力19

习题23

第3章 液态金属的充型能力24

3.1 液态金属充型能力的基本概念25

3.2 液态金属的停止流动机理和充型能力计算28

3.2.1 液态金属的停止流动机理28

3.2.2 液态金属充型能力的计算29

3.3 影响充型能力的因素及提高充型能力的措施31

3.3.1 金属性质方面的因素32

3.3.2 铸型性质方面的因素38

3.3.3 浇注条件方面的因素40

3.3.4 铸件结构方面的因素41

习题42

第4章 凝固过程的热力学和动力学43

4.1 凝固的热力学基础44

4.1.1 热力学的基本术语和概念45

4.1.2 常用的热力学函数45

4.1.3 状态函数间的关系46

4.1.4 自发过程的判断47

4.2 液态金属（合金）凝固热力学47

4.2.1 液态金属（合金）凝固热力学条件47

4.2.2 液态金属（合金）凝固过程及该过程中能量的增加49

4.3 均质形核50

4.3.1 形核热力学50

4.3.2 均质形核速率51

4.3.3 均质形核理论的局限性52

4.4 异质形核52

4.4.1 形核热力学52

4.4.2 异质形核速率53

4.5 固－液界面的结构54

4.6 晶体长大（固－液界面的推进）方式和速率58

4.6.1 固－液界面的长大方式58

4.6.2 粗糙界面连续长大（Continuous Growth）速率59

4.6.3 光滑界面二维晶核台阶长大速率晶核台阶长大方式61

4.6.4 螺型位错长大速率63

习题64

第5章 凝固过程中的传热65

5.1 铸件与铸型的热交换特点66

5.1.1 铸件－中间层－铸型系统传热分析66

5.1.2 铸件在非金属型中的冷却68

5.1.3 铸件在金属型中的冷却69

5.1.4 非金属铸件在金属型中的冷却70

5.2 凝固过程的温度场70

5.2.1 数学解析法71

5.2.2 数值计算法74

5.2.3 测温法78

5.2.4 影响铸件温度场的因素80

5.3 铸件凝固方式82

5.3.1 凝固动态曲线82

5.3.2 凝固区域及其结构83

5.3.3 铸件的凝固方式及其影响因素84

5.3.4 铸件的凝固方式与铸件质量的关系86

5.4 铸件凝固时间和速度的计算88

5.4.1 理论计算法88

5.4.2 经验计算法——平方根定律89

习题90

第6章 凝固过程中的传质92

6.1 凝固过程中的溶质平衡93

6.2 传质过程的控制方程94

6.3 凝固界面上的溶质再分配95

6.3.1 溶质再分配与平衡分配系数95

6.3.2 平衡凝固时溶质的再分配97

6.3.3 近平衡凝固时溶质的再分配98

6.3.4 非平衡凝固时溶质的再分配104

6.4 凝固过程中的液体流动104

6.4.1 凝固过程中液相区的液体流动104

6.4.2 液态金属在枝晶间的流动107

习题108

第7章 单相合金的凝固109

7.1 纯金属凝固过程110

7.1.1 平面方式长大110

7.1.2 树枝晶方式生长111

7.2 成分过冷111

7.2.1 合金的溶质富集引起界面前液体凝固温度的变化111

7.2.2 成分过冷的形成条件112

7.2.3 成分过冷的过冷度值113

7.2.4 成分过冷和热过冷的比较115

7.3 成分过冷对单相合金凝固过程的影响116

7.3.1 无成分过冷的平面生长116

7.3.2 窄成分过冷区的胞状生长117

7.3.3 较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长119

7.3.4 宽成分过冷区的自由树枝晶生长120

7.3.5 树枝晶的生长方向和枝晶间距121

7.3.6 晶体形貌间的关系123

习题124

第8章 多相合金的凝固125

8.1 共晶合金的凝固126

8.1.1 共晶合金的分类及共晶组织的特点126

8.1.2 共晶合金的结晶方式127

8.1.3 规则共晶凝固130

8.1.4 非规则共晶凝固138

8.2 偏晶合金的凝固145

8.2.1 偏晶合金大体积的凝固145

8.2.2 偏晶合金的定向凝固145

8.3 包晶合金的凝固147

8.3.1 包晶合金的平衡凝固147

8.3.2 近平衡凝固条件下包晶合金的凝固148

8.3.3 利用包晶转变细化晶粒150

习题151

第9章 铸件凝固组织的形成和控制152

9.1 铸件宏观凝固组织的特征及形成机理154

9.1.1 铸件宏观凝固组织的特征154

9.1.2 铸件宏观凝固组织的形成机理155

9.2 铸件宏观凝固组织的控制160

9.2.1 铸件凝固组织对铸件性能的影响160

9.2.2 铸件宏观组织中等轴晶的控制途径和措施162

9.2.3 共晶合金铸件凝固组织的控制170

习题171

第10章 定向凝固技术172

10.1 定向凝固工艺174

10.1.1 定向凝固工艺参数174

10.1.2 定向凝固的方法176

10.2 单晶生长177

10.2.1 单晶生长的特点178

10.2.2 单晶生长的方法179

10.3 柱状晶的生长183

10.3.1 柱状晶生长的条件和特点184

10.3.2 柱状晶的力学性能185

10.4 连续定向凝固技术187

10.4.1 OCC连续定向凝固技术的原理与特点187

10.4.2 OCC连铸工艺方法188

10.4.3 OCC连铸的凝固过程与质量控制190

习题192

第11章 快速凝固技术193

11.1 快速凝固基本原理195

11.2 激冷凝固技术196

11.2.1 模冷技术196

11.2.2 雾化技术197

11.2.3 表面熔化与沉积技术199

11.3 大过冷凝固技术201

11.3.1 小体积大过冷凝固法201

11.3.2 大体积大过冷凝固法201

11.4 快速凝固传热特点202

11.4.1 薄层熔体在固体衬底上的导热传热202

11.4.2 金属液滴在流体介质中的对流传热203

11.5 快速凝固合金的组织和性能特征204

11.5.1 快速凝固晶态合金的组织和性能204

11.5.2 快速凝固非晶态合金的组织和性能206

习题206

第12章 其他超常规条件下的凝固技术208

12.1 微重力凝固技术209

12.1.1 微重力场下金属流动的特点209

12.1.2 微重力场对金属凝固组织的影响213

12.1.3 微重力试验环境的获得215

12.2 超重力凝固技术215

12.2.1 超重力场的获得及产生原理215

12.2.2 超重力下熔体的重新层流化及对流强度的增加216

12.3 声悬浮凝固技术218

12.4 高压凝固技术219

习题221

第13章 金属基复合材料的凝固222

13.1 概述223

13.2 金属基人工复合材料的凝固224

13.2.1 金属基纤维强化复合材料224

13.2.2 金属基颗粒强化复合材料226

13.3 自生复合材料的凝固229

13.3.1 共晶自生复合材料229

13.3.2 非共晶成分的自生复合材料233

习题235

第14章 铸件的收缩及缩孔和缩松236

14.1 铸造合金的收缩237

14.1.1 收缩的基本概念237

14.1.2 铸钢的收缩240

14.1.3 铸铁的收缩242

14.1.4 铸件的收缩245

14.2 铸件中的缩孔和缩松246

14.2.1 缩孔246

14.2.2 缩松250

14.2.3 灰铸铁和球墨铸铁件的缩孔和缩松253

14.3 防止铸件产生缩孔和缩松的途径256

14.3.1 合适的凝固原则——顺序凝固和同时凝固256

14.3.2 浇注系统的引入位置及浇注工艺259

14.3.3 冒口、补贴和冷铁的应用260

14.3.4 加压补缩262

习题263

第15章 铸件凝固过程中产生的偏析264

15.1 概述265

15.2 微观偏析266

15.2.1 枝晶偏析（晶内偏析）266

15.2.2 胞状偏析270

15.2.3 晶界偏析271

15.3 宏观偏析271

15.3.1 正常偏析271

15.3.2 逆偏析274

15.3.3 V型偏析和逆V型偏析276

15.3.4 带状偏析277

15.3.5 密度偏析279

习题280

第16章 铸件中产生的气孔与非金属夹杂物281

16.1 气孔的种类282

16.2 气孔的形成机理283

16.2.1 析出性气孔的形成机理283

16.2.2 反应性气孔的形成机理286

16.2.3 侵入性气孔的形成机理287

16.3 气孔的防止288

16.3.1 防止或减少析出性气孔的措施288

16.3.2 防止皮下气孔的措施288

16.3.3 防止侵入性气孔的措施289

16.4 夹杂物289

16.4.1 液态金属中非金属夹杂物的来源与类型289

16.4.2 非金属夹杂物对铸件质量的影响290

16.4.3 初生夹杂物的形成与防止措施291

16.4.4 二次氧化夹杂物的形成与防止措施292

16.4.5 次生夹杂物293

习题295

第17章 铸件凝固后期产生的热裂纹297

17.1 概述298

17.2 热裂形成的温度范围及形成机理299

17.2.1 热裂形成的温度范围299

17.2.2 热裂形成机理301

17.3 影响热裂形成的因素304

17.3.1 铸造合金性质的影响305

17.3.2 铸型性质的影响307

17.3.3 浇注条件的影响308

17.3.4 铸件结构的影响309

17.4 防止铸件产生热裂形成的途径310

17.4.1 合金成分、熔炼工艺的精炼方面310

17.4.2 造型工艺方面311

17.4.3 浇注条件方面311

17.4.4 铸件结构方面312

习题312

第18章 铸件凝固后产生的应力、变形和冷裂纹313

18.1 概述314

18.2 铸件在冷却过程中产生的热应力315

18.2.1 热应力的产生过程315

18.2.2 影响残余热应力的因素316

18.3 铸件在冷却过程中产生的相变应力319

18.4 铸件在冷却过程中产生的机械阻碍应力320

18.5 减小或消除铸造应力的途径321

18.6 铸件的变形323

18.7 铸件的冷裂324

18.8 防止铸件产生变形和冷裂的途径325

习题327