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绪论 1

上篇 金属凝固基本原理 10

第1章 液态金属的结构与性质 10

1.1引言 10

1.2液态金属的结构 11

1.2.1液体与固体、气体的结构比较及衍射特征 11

1.2.2由物质熔化过程认识液体结构 13

1.2.3液态金属结构的理论模型 16

1.2.4实际金属的液态结构 18

1.2.5对液态结构的再认识及研究新进展 19

1.3液态金属的性质 22

1.3.1液态金属的粘度 22

1.3.2液态金属的表面张力 25

1.4液态金属的充型能力 31

1.4.1液态金属充型能力的基本概念 31

1.4.2液态金属的停止流动机理与充型能力 32

1.4.3影响充型能力的因素 34

思考与练习 39

第2章 凝固温度场 42

2.1传热基本原理 42

2.1.1基本概念 42

2.1.2热量的传递形式 43

2.1.3导热基本定律 44

2.2铸件的传热特点 46

2.3铸件凝固温度场的研究方法 48

2.3.1铸件凝固温度场的数学解析法 49

2.3.2铸件凝固温度场的数值计算法 53

2.3.3铸件凝固温度场的测量法 57

2.4铸件的凝固时间 60

2.4.1铸件凝固过程的平方根定律 60

2.4.2铸件凝固时间计算中的折算厚度法 62

2.5影响铸件温度场的因素 64

2.6铸件凝固方式及与铸件质量的关系 68

2.6.1铸件凝固区域结构 68

2.6.2铸件凝固方式及影响因素 70

2.6.3铸件凝固方式与内部质量的关系 71

思考与练习 73

第3章 晶体形核与生长 75

3.1引言 75

3.2液-固相变驱动力及过冷度 78

3.2.1液-固相变驱动力 78

3.2.2凝固过冷度 79

3.3凝固形核 83

3.3.1均质形核 83

3.3.2非均质形核与均质形核的比较 84

3.3.3非均质形核的形核条件 90

3.4晶体生长 90

3.4.1固-液界面的微观结构 90

3.4.2晶体生长方式 93

思考与练习 98

第4章 单相合金凝固 99

4.1凝固过程中的溶质再分配 99

4.1.1溶质平衡分配系数 99

4.1.2平衡凝固条件下的溶质再分配 101

4.1.3固相无扩散而液相充分混合均匀的溶质再分配 102

4.1.4固相中无扩散而液相中只有有限扩散的溶质再分配 103

4.1.5液相中部分混合（有对流作用）的溶质再分配 107

4.2合金凝固界面前沿的成分过冷 109

4.2.1成分过冷的形成及其条件 109

4.2.2成分过冷形成的判据 111

4.2.3成分过冷的程度 112

4.3成分过冷对合金单相固溶体结晶形态的影响 112

4.3.1热过冷对纯物质液-固界面形态的影响 112

4.3.2成分过冷对合金固溶体晶体形貌的影响规律 114

4.3.3窄成分过冷作用下胞状组织的形成及其形貌 115

4.3.4较宽成分过冷作用下的枝晶生长 117

4.3.5等轴晶的形成与内生生长 119

4.4界面稳定性动力学分析 122

4.5枝晶间距 124

4.5.1胞状晶及柱状树枝晶的一次间距 125

4.5.2柱状树枝晶及等轴树枝晶的二次间距 128

思考与练习 130

第5章 多相合金凝固 134

5.1共晶组织的分类及特点 134

5.2规则共晶的凝固 136

5.2.1层片状共晶组织的形核过程 136

5.2.2层片状共晶组织的扩散耦合生长 137

5.2.3层片状共晶组织生长的界面过冷度 139

5.2.4确定共晶片层间距的最小过冷度准则 140

5.2.5棒状共晶生长 143

5.3共晶与枝晶相的竞争生长 144

5.3.1共晶生长界面的失稳 144

5.3.2偏离平衡相图的共晶共生区 146

5.3.3离异生长及离异共晶 150

5.4非小平面-小平面非规则共晶的一般特征及形成机制 151

5.5灰口铸铁的非规则共晶结晶 154

5.5.1奥氏体-石墨（γ-G）共晶的多种方式 154

5.5.2灰铸铁的共晶（片状石墨+奥氏体）结晶 155

5.5.3球墨铸铁的共晶（球状石墨+奥氏体）结晶 157

5.6 Al-Si合金的非规则共晶结晶 160

5.6.1未变质Al-Si合金的共晶生长 160

5.6.2变质元素对共晶硅生长方式的作用——IIT机制 162

5.6.3变质处理对AI-Si共晶形核的作用——限制形核机制 164

5.6.4变质处理与Al-Si合金共晶结晶动力学 166

5.6.5 Al-Si合金熔体的表面张力与变质效果 168

5.7包晶凝固 169

5.7.1包晶凝固过程 169

5.7.2包晶转变中的相竞争 171

思考与练习 174

第6章 铸件凝固组织的控制 178

6.1铸件宏观组织特征 178

6.2表面激冷晶区的形成机理 179

6.3柱状晶区的形成机理 180

6.4内部等轴晶区的形成机理 180

6.4.1成分过冷理论 181

6.4.2激冷等轴晶型壁脱落与游离理论 181

6.4.3枝晶熔断及结晶雨理论 183

6.5铸件宏观凝固组织控制 184

6.6凝固组织与熔体热历史的相关性 192

6.6.1熔体热历史与凝固相关性 193

6.6.2凝固行为及组织与熔体状态相关性的认识 194

思考与练习 197

第7章 特殊条件下的凝固 199

7.1快速凝固 199

7.1.1快速凝固原理 199

7.1.2快速凝固工艺 201

7.1.3快速凝固材料的特点 204

7.2块体非晶合金 205

7.2.1块体非晶合金形成的理论基础 206

7.2.2多组元块体的非晶合金设计 209

7.2.3非晶合金复合材料 210

7.2.4块体非晶合金的性能及应用 212

7.3定向凝固 214

7.3.1定向凝固原理 214

7.3.2定向凝固工艺 214

7.3.3定向凝固的应用 216

7.4超常条件下的凝固 220

7.4.1微重力凝固 220

7.4.2超重力凝固 222

7.4.3超高压凝固 222

思考与练习 224

下篇 铸件成形过程缺陷形成与控制 227

第8章 液态金属与气相和渣相的相互作用 227

8.1铸件成形过程中气体的来源与产生 227

8.1.1气体的来源 227

8.1.2铸型内的气体 228

8.2气体在金属中的溶解 231

8.2.1气体在金属中的存在形式 231

8.2.2气体在金属中的溶解度 232

8.2.3双原子气体在液态金属和合金中的溶解 233

8.2.4化合态气体在金属和合金中的溶解 238

8.3氧化性气体对金属的氧化 239

8.3.1金属氧化还原方向的判据 239

8.3.2自由氧对金属的氧化 240

8.4气体的影响和控制 240

8.4.1气体对金属质量的影响 240

8.4.2气体的控制措施 241

8.5熔渣的作用与形成 241

8.5.1熔渣的作用与铸造熔渣的分类 241

8.5.2熔炼过程中的熔渣来源与构成 242

8.6熔渣的结构及碱度 243

8.6.1熔渣结构的分子理论 243

8.6.2熔渣结构的离子理论 244

8.6.3离子与分子共存理论 247

8.6.4熔渣的碱度 247

8.7渣相的物理性质 248

8.8活性熔渣对金属的氧化 250

8.9液态金属的脱氧、脱碳、脱硫和脱磷 252

8.9.1液态金属的脱氧 253

8.9.2液态金属的脱碳 256

8.9.3液态金属的脱硫 257

8.9.4液态金属的脱磷 259

思考与练习 260

第9章 凝固过程中的成分偏析 262

9.1引言 262

9.2显微偏析 263

9.2.1晶内偏析（枝晶偏析） 263

9.2.2晶界偏析 266

9.3宏观偏析 266

9.3.1正常偏析 267

9.3.2逆偏析 268

9.3.3带状偏析 269

9.3.4 V型及逆V型偏析 270

9.3.5密度偏析 272

思考与练习 272

第10章 气孔和夹杂的形成与控制 273

10.1引言 273

10.2铸件中的气孔 274

10.2.1气孔的分类及特征 274

10.2.2气体在金属中的析出 275

10.2.3析出型气孔 279

10.2.4侵入型气孔 280

10.2.5反应型气孔 282

10.3铸件中的夹杂 285

10.3.1概述 285

10.3.2夹杂物的形成原因 286

10.3.3夹杂物的长大、分布及形状 287

10.3.4夹杂物的防止措施 288

思考与练习 289

第11章 凝固收缩过程中的缺陷形成与控制 291

11.1金属的收缩 291

11.1.1收缩的基本概念 291

11.1.2铸铁的收缩 292

11.1.3铸钢的收缩 295

11.1.4铸件的收缩 296

11.2缩孔与缩松的分类及特征 297

11.2.1缩孔 297

11.2.2缩松 298

11.3缩孔与缩松的形成机理 299

11.3.1缩孔的形成机理 299

11.3.2缩松的形成机理 300

11.3.3铸铁件的缩孔及缩松形成特点 302

11.4影响缩孔与缩松的因素及防止措施 303

11.4.1影响缩孔与缩松的因素 303

11.4.2影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔与缩松的因素 304

11.4.3防止缩孔与缩松的措施 305

11.5热裂纹的形成与控制 309

11.5.1热裂纹的分类及形成机理 309

11.5.2热裂纹的影响因素及防止措施 311

思考与练习 314

第12章 固态冷却过程中的缺陷形成与控制 316

12.1铸造应力 316

12.1.1应力的分类和危害 316

12.1.2铸件热应力的形成 319

12.1.3影响铸造应力的因素 320

12.1.4减小铸造应力的途径 321

12.1.5降低铸造应力的方法 322

12.2铸件变形 324

12.2.1铸件变形种类 324

12.2.2铸件变形的影响因素 326

12.2.3防止铸件变形的途径 327

12.3铸件裂纹 328

12.3.1热裂纹 328

12.3.2冷裂纹 329

思考与练习 330