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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