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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