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第1章 概论 1

1.1 引言 1

1.2 铸造技术发展的历程 2

1.2.1 古代的铸造技术 2

1.2.2 近代铸造技术的发展 13

1.3 铸造技术的分类 15

1.3.1 按照铸造合金分类 15

1.3.2 按照产品结构和用途分类 16

1.3.3 按照应用领域分类 17

1.3.4 按照铸型材料和浇铸方法分类 19

1.4 铸造技术的理论基础 21

1.5 铸造技术的发展现状与趋势 22

参考文献 23

第2章 单相合金的凝固 25

2.1 凝固形核与晶粒细化 25

2.1.1 形核条件 25

2.1.2 形核率 30

2.1.3 形核过冷度 31

2.1.4 均质形核温度的获得与形核方式判定 34

2.1.5 晶粒细化 36

2.2 固－液界面的微观结构与晶体的生长特性 39

2.2.1 固－液界面的结构 39

2.2.2 晶体的生长方式及其转变 42

2.3 固－液界面前沿的溶质再分配与界面的稳定性 48

2.3.1 纯物质固－液界面的稳定性 48

2.3.2 合金固－液界面前沿的溶质再分配 50

2.3.3 成分过冷与合金固－液界面的稳定性 53

2.3.4 固－液界面稳定性动力学理论 55

2.4 胞晶和枝晶的生长特性 58

2.4.1 胞晶与枝晶的形态 58

2.4.2 枝晶的尖端曲率半径与生长速度 63

2.4.3 定向生长后的一次枝晶间距 69

2.4.4 定向或等轴晶的二次间距 71

2.5 负温度梯度下过冷熔体中枝晶的生长特性 74

2.5.1 LKG模型 74

2.5.2 LKT模型 74

2.5.3 BCT-LKT模型 75

参考文献 76

第3章 共晶、包晶与偏晶合金的凝固 79

3.1 共晶凝固 79

3.1.1 共晶组织的分类 79

3.1.2 共晶的形核 83

3.1.3 规则共晶的生长特性 84

3.1.4 非规则共晶的生长特性 89

3.1.5 共晶与枝晶的竞争生长与非平衡状态下的共晶共生区 99

3.2 包晶和偏晶合金的凝固 101

3.2.1 包晶合金的凝固 101

3.2.2 偏晶合金的凝固 105

参考文献 108

第4章 多元多相合金的凝固 111

4.1 非形态相关的凝固分析 111

4.1.1 平衡凝固 112

4.1.2 基于Scheil方程的分析 114

4.1.3 固相扩散问题的处理 115

4.1.4 液相的扩散 117

4.1.5 凝固路径分析 118

4.2 初生相生长形态的分析 120

4.2.1 二元模型的扩展 121

4.2.2 界面寻踪模型 122

4.2.3 相场模型 125

4.3 多相凝固组织形态分析 126

4.4 多组元合金凝固过程宏观和细观组织的耦合分析 128

参考文献 131

第5章 合金的熔炼与液态金属状态控制 135

5.1 前言 135

5.2 合金熔炼与成分控制 136

5.2.1 合金成分控制的基本原理 136

5.2.2 合金元素的加入方式与成分控制方法 137

5.2.3 熔炼过程的环境控制 138

5.3 合金液的净化 140

5.3.1 气体精炼法 140

5.3.2 合金液的过滤处理 142

5.4 熔体结构与状态控制 144

5.4.1 基本原理 144

5.4.2 等轴晶的晶粒细化 147

5.4.3 多相合金凝固过程的变质处理 153

参考文献 155

第6章 铸件凝固过程控制 159

6.1 铸件凝固的温度场 159

6.1.1 铸件凝固传热的基本方式 159

6.1.2 铸件凝固中非稳态温度场 160

6.1.3 铸件凝固中温度场分布 162

6.1.4 影响铸件凝固中温度场分布的因素 173

6.2 铸件凝固方式 175

6.2.1 铸件凝固方式分类 177

6.2.2 影响铸件凝固方式的因素 178

6.3 铸件凝固组织及其控制 183

6.3.1 铸件宏观组织 183

6.3.2 铸件宏观组织形成的原因 184

6.3.3 影响铸件宏观组织形成的因素 190

6.3.4 铸件凝固组织细化与变质 193

参考文献 197

第7章 熔体中的流动对凝固过程及组织形成的作用 199

7.1 凝固过程液相流动与多物理场耦合关系及其效应的研究进展 199

7.2 对流的影响因素与控制方法 205

7.2.1 铸件凝固过程中尺寸与自然对流强度的关系 205

7.2.2 外场对凝固过程流场的控制 207

7.3 液相流动对凝固组织的影响 210

7.3.1 液相流动对等轴晶组织的影响 210

7.3.2 液相流动对定向凝固组织形成的影响 212

7.3.3 液相流动对柱状晶向等轴晶转变的影响 221

7.4 液相流动对成分偏析作用的影响 223

参考文献 231

第8章 铸造工艺概述 235

8.1 前言 235

8.1.1 铸造工艺发展历史 235

8.1.2 铸造的优点和局限 236

8.1.3 铸造名词术语 236

8.2 砂型铸造 238

8.2.1 铸型与型芯的主要性能 238

8.2.2 型（芯）砂的组成 240

8.2.3 型（芯）砂成分与制备 250

8.2.4 造型和造芯 256

8.3 特种铸造工艺 263

8.3.1 壳型铸造 264

8.3.2 熔模精密铸造 267

8.3.3 永久模铸造 268

8.3.4 压力铸造 270

8.3.5 离心铸造 274

8.3.6 消失模铸造 276

8.4 铸造工艺设计基本方法 280

8.4.1 铸件产品设计 280

8.4.2 铸件设计 285

8.4.3 铸造工艺方案的确定 287

8.4.4 铸造工艺文件的编制 294

参考文献 297

第9章 铸造工艺与铸造缺陷分析 299

9.1 浇注系统分析与设计 299

9.1.1 浇注系统的组成及其作用 299

9.1.2 浇注系统的尺寸设计 304

9.2 冒口和冷铁设计 317

9.2.1 Caine方法 318

9.2.2 模数法 320

9.2.3 海军实验室方法 324

9.2.4 补缩距离 326

9.2.5 冷铁设计 328

9.2.6 辅助补缩方法 328

9.3 铸件清理和铸造缺陷 330

9.3.1 铸件清理 331

9.3.2 铸件中的缺陷 332

参考文献 338

第10章 半固态及金属基复合材料的铸造 341

10.1 半固态铸造技术的发展及其基本原理 341

10.2 半固态金属的特性 343

10.2.1 半固态金属的表观力学性质 343

10.2.2 半固态金属表观力学性质与微观组织的关系 346

10.3 半固态浆料的制备工艺 348

10.4 半固态金属的铸造成形 350

10.5 金属基复合材料的铸造 353

10.5.1 金属基复合材料及其制备方法 353

10.5.2 合金液与增强颗粒的界面特性 354

10.5.3 合金液与增强颗粒的搅拌混合 355

10.5.4 增强颗粒与合金液混合物的成形与凝固 358

10.6 金属基复合材料的浸渗法制备技术 361

10.7 金属基复合材料的共喷射沉积法制备 363

10.7.1 共喷射沉积法的基本原理和方法 363

10.7.2 共喷射沉积复合材料的凝固特性 365

参考文献 365

第11章 反重力铸造 369

11.1 反重力铸造技术的提出与发展 369

11.2 反重力铸造的充型与凝固特性分析 375

11.2.1 反重力铸造充型过程 375

11.2.2 反重力铸造的凝固特性 380

11.2.3 反重力铸造的技术特点与优势 384

11.3 反重力铸造的工艺设计 385

11.3.1 反重力铸造的加压工艺 385

11.3.2 反重力铸造的凝固工艺设计 389

11.3.3 反重力铸造浇注系统的结构设计 394

11.3.4 浇注系统的充型与补缩长度的计算 396

11.4 反重力铸造控制技术 400

11.4.1 反重力铸造的气动控制技术 400

11.4.2 基于数字式组合阀的反重力铸造过程压力控制 403

11.4.3 反重力铸造的电磁控制技术 407

11.5 反重力铸造的应用 408

11.5.1 低压铸造在汽车零件生产中的应用 408

11.5.2 大型复杂薄壁轻合金结构件的砂型反重力铸造 409

11.5.3 调压法精密铸造 410

参考文献 411

第12章 定向凝固技术 413

12.1 定向凝固技术的特点 414

12.2 定向凝固技术的发展 418

12.2.1 高温合金定向凝固技术 419

12.2.2 高温合金单晶制备技术 425

12.3 定向凝固界面的位置控制及温度梯度测算 428

12.3.1 定向凝固界面的位置控制 428

12.3.2 温度梯度的测算 431

12.4 定向凝固技术的应用 432

12.4.1 镍基高温合金 432

12.4.2 金属纳米丝 442

12.4.3 多晶硅 444

参考文献 446

第13章 连续铸造技术 453

13.1 连续铸造技术的形成与发展 453

13.2 钢锭的连续铸造 457

13.2.1 钢锭连铸的基本方法与凝固特性 457

13.2.2 钢锭连铸工艺过程的控制环节 460

13.2.3 连铸钢锭凝固组织、缺陷及其形成原理 464

13.2.4 连铸钢锭凝固组织与缺陷的控制措施 469

13.3 铝合金的连续铸造 475

13.3.1 铝合金连铸过程的传热分析 476

13.3.2 凝固组织的控制 478

13.3.3 氧化夹杂的防止 481

13.3.4 表面质量的控制 483

13.4 薄板的连续铸轧 486

13.4.1 钢锭的液芯轧制 486

13.4.2 薄板连铸连轧技术 489

13.4.3 其他薄板连铸技术 492

13.5 其他连续铸造技术 494

13.5.1 铜合金与铸铁的连铸 494

13.5.2 易氧化金属的冷床熔化连铸技术 495

13.5.3 OCC连铸技术 496

参考文献 499

第14章 高性能金属构件快速凝固激光直接成形技术 503

14.1 原理及特点 503

14.2 国内外研究现状 507

14.3 大型金属结构件激光直接成形的基础问题 512

14.4 小结 514

参考文献 514