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第一章 液体金属结构与性质 1

第一节 固体金属的加热、膨胀及熔化 1

一、原子间作用力的电子理论 1

二、金属的加热膨胀 5

1．原子间作用力的不对称性引起的膨胀 5

2．空穴的产生 6

三、金属的熔化 8

第二节 液态金属结构 9

一、液体和固体的差别 9

二、X-线衍射对液体结构的研究 12

三、液态金属结构理论 15

1．晶格理论 15

2．紊乱排列的密集球堆理论 16

四、实际金属与合金的液体结构 17

1．粘度的实质及影响粘度的因素 18

一、液体合金的粘度 18

第三节 液体合金性质 18

2．粘度在铸造生产中的意义 25

二、液体合金的表面张力 29

1．表面张力的实质及影响表面张力的因素 29

2．表面张力在铸造过程中的意义 37

三、液体合金的其它性质 52

1．熔点 52

2．扩散系数 53

3．密度 54

第二章 晶体生长的热力学与动力学 56

第一节 晶体生长的热力学 56

一、相变驱动力 56

二、压力、曲率对熔点的影响 59

三、溶质平衡分配系数 62

第二节 均质形核 69

一、均质形核温度的确定 69

二、形核功及临界半径 73

三、形核率 80

第三节 非均质形核 84

一、形核功及形核速率 84

二、形核剂的条件 88

第四节 晶体长大 93

一、固-液界面自由能及晶体长大形式 93

二、晶体的长大速度 101

1.连续长大 102

2.二维晶核台阶长大 105

3.螺型位错长大 109

三、晶体长大中形成的结构缺陷 112

第三章 金属凝固过程中的传输问题 117

第一节 凝固中的传热 117

一、凝固传热中的基本微分方程 117

二、大型平板铸件的凝固传热 119

1.绝热铸型中的凝固传热 120

2.金属-铸型界面热阻为主的凝固传热 127

3.水冷金属型中的凝固传热 131

4.厚金属型中的凝固传热 134

三、球体和圆柱体的凝固传热 136

第二节 液体金属的流动 141

一、液体金属的对流 141

二、枝晶间液体金属的流动 146

第三节 凝固过程中溶质的分布 149

一、绝对平衡凝固条件下的溶质再分布 149

二、液相中完全混合的溶质再分布 151

三、液相中只有扩散的溶质再分布 154

四、液相中部分混合(有对流作用)的溶质再分布 160

五、区域凝固的溶质分布 168

第四章 单相合金的凝固 172

第一节 金属凝固过程中的“成分过冷” 172

一、形成“成分过冷”的条件 172

二、“成分过冷”的过冷度 179

一、界面稳定性动力学理论的判别式 180

第二节 界面稳定性的动力学理论 180

第三节 界面稳定性与晶体形态 187

二、“成分过冷”对合金晶体形貌的影响 188

第四节 胞晶组织 192

一、胞晶组织的形成 192

二、胞状树枝晶 194

三、胞晶间距 197

第五节 树枝晶组织 207

一、自由树枝晶 207

二、二次枝晶臂间距 210

第五章 多相合金的凝固 215

第一节 共晶的显微组织 215

一、共晶组织的分类 215

二、非平衡状态下的共晶共生区 219

1.形核与长大 224

第二节 金属-金属共晶的凝固 224

一、层片状共晶的生长 224

2.共晶的稳定态长大及固-液界面曲率 225

3.固-液界面前沿液相成分分布 229

4.共晶层片间距 238

5.不纯物的影响 242

二、棒状共晶生长 243

1.共晶中两相体积百分数的影响 243

2.第三组元对共晶结构的影响 245

第三节 金属—非金属共晶的凝固 247

一、形核与长大 247

二、第三组元的影响 251

第四节 偏晶合金的凝固 258

一、偏晶合金大体积的凝固 258

二、偏晶合金的定向凝固 259

一、对定向复合材料的要求 262

第五节 定向凝固复合材料 262

二、非共晶成分的复合材料 265

三、定向凝固工艺 269

第六章 铸件的宏观组织 274

第一节 铸件宏观组织的形成 274

一、铸件的宏观组织 274

二、等轴晶的形成机理 279

1.“成分过冷”与等轴晶 279

2.等轴激冷晶的游离 281

3.枝晶的熔断 285

第二节 铸体宏观组织的控制 288

一、铸型冷却能力与浇注工艺 288

二、孕育剂的作用 291

1.非自发晶核作用 291

2.溶质偏析作用 293

1.作用机理 294

三、振动、搅拌和压力的作用 294

2.振动和搅拌对组织的影响 295

3.压力对组织的影响 300

四、单晶的制作 302

第七章 偏析 307

前言 307

一、以平面晶进行凝固时的显微偏析 309

二、树枝晶的显微偏析 309

第一节 显微偏析 309

1.液相内无对流时树枝晶内的溶质分布 310

2.液相内有对流时树枝晶内的溶质分布 318

3.快速凝固条件下的枝晶偏析 324

第二节 宏观偏析 326

一、产生宏观偏析的条件 327

二、凝固收缩和液相密度对宏观偏析的影响 329

三、减少宏观偏析的措施 334

参考文献 334