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绪论 1

第1章　液态金属的结构和性质 3

1.1　液态金属的结构 3

1.1.1　液体与固体、气体结构比较及衍射特征 3

1.1.2 由物质熔化（汽化）过程认识液态金属的结构 5

1.1.3　液态金属结构的理论模型 7

1.1.4 实际金属的液态结构 9

1.2　液态金属的性质 10

1.2.1　液态金属的黏度 10

1.2.2　液态金属的表面张力 14

1.3　液态金属的充型能力 21

1.3.1 充型能力的概念及其测定方法 21

1.3.2　液态金属停止流动机理及充型能力的计算 23

1.3.3　影响液态金属充型能力的因素及提高充型能力的措施 26

思考与练习 31

第2章　铸件凝固过程中的传热及液体流动 32

2.1　铸件凝固温度场 32

2.1.1　导热的基本概念和定律 32

2.1.2　数学解析法 33

2.1.3　数值模拟法 37

2.1.4　测温法 38

2.1.5　不同界面热阻条件下的温度场 39

2.1.6　影响铸件温度场的因素 40

2.2　铸件的凝固方式 42

2.2.1　凝固动态曲线 42

2.2.2　凝固区结构及特征 44

2.2.3　铸件的凝固方式及其影响因素 45

2.3　铸件的凝固时间 47

2.3.1　平方根定律 47

2.3.2 当量厚度法则 49

2.4　铸件凝固过程中的液体流动 50

2.4.1　凝固过程中液相区的液体流动 50

2.4.2　液态金属在枝晶间的流动 52

思考与练习 53

第3章　液态金属凝固热力学及动力学 54

3.1　液态金属凝固热力学 54

3.1.1　液态金属凝固热力学条件 54

3.1.2　液态金属凝固过程中能量的增加 55

3.2　均质形核 56

3.2.1　形核功 57

3.2.2　形核率 58

3.3　非均质形核 60

3.3.1　形核功及形核速率 60

3.3.2　形核剂的条件 62

3.3.3　影响非均质形核的因素 62

3.4　纯金属晶体生长 63

3.4.1　晶体宏观生长方式 64

3.4.2　晶体微观生长方式 65

思考与练习 71

第4章　单相及多相合金的凝固 73

4.1　凝固过程的溶质再分配 73

4.1.1　溶质再分配现象的产生 73

4.1.2　溶质平衡分配系数 74

4.1.3　平衡凝固时的溶质再分配 75

4.1.4　近平衡凝固时溶质再分配 76

4.2　固—液界面前沿的成分过冷 82

4.2.1　成分过冷的产生 83

4.2.2　成分过冷对单相合金结晶形态的影响 85

4.3　多相合金的凝固 91

4.3.1　共晶合金的凝固 91

4.3.2 包晶合金的凝固 99

4.3.3　偏晶合金的凝固 101

思考与练习 103

第5章　铸件宏观组织及其控制 105

5.1　铸件的宏观组织 105

5.2　表层细晶区及内部柱状晶区的形成 106

5.2.1　表层细晶粒区的形成 106

5.2.2　柱状枝晶区的形成 106

5.3　中心等轴晶的形成 107

5.3.1　过冷液体中非均质形核理论 107

5.3.2　型壁晶粒脱落与游离理论 108

5.3.3　枝晶熔断理论 110

5.3.4　结晶雨理论 110

5.4　铸件晶粒组织的控制 110

5.4.1　合理控制热学条件 110

5.4.2　向合金熔体中加入形核剂 113

5.4.3　动力学细化 113

思考与练习 115

第6章　铸件的缩孔与缩松 116

6.1　收缩的基本概念 116

6.1.1　液态收缩 117

6.1.2　凝固收缩 117

6.1.3 固态收缩 118

6.1.4　铸件的收缩 119

6.2　缩孔及缩松 120

6.2.1　缩孔 121

6.2.2　缩松 122

6.2.3　铸铁件的缩孔与缩松 123

6.3　影响缩孔与缩松的因素及防止措施 124

6.3.1　影响缩孔与缩松的因素 124

6.3.2　影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔和缩松的因素 125

6.3.3　防止和消除铸件缩孔与缩松的途径 125

思考与练习 129

第7章　铸件中的成分偏析 130

7.1　微观偏析 130

7.1.1 晶内偏析 130

7.1.2　晶界偏析 132

7.2　宏观偏析 133

7.2.1　正常偏析 133

7.2.2　逆偏析 134

7.2.3 V形偏析和逆V形偏析 134

7.2.4　带状偏析 135

7.2.5　重力偏析 136

思考与练习 136

第8章　铸件中的气孔与夹杂物 138

8.1　铸造过程中的气体及其来源 138

8.1.1　气体的来源 138

8.1.2　气体的种类与存在形态 138

8.1.3　气体对铸件质量的影响 139

8.2　气体在金属液中的溶解与析出 140

8.2.1 气体的溶解 140

8.2.2　气体的析出 144

8.3　铸件中的气孔 147

8.3.1　析出性气孔 147

8.3.2　反应性气孔 150

8.3.3　侵入性气孔 153

8.4　铸件中的非金属夹杂物 155

8.4.1 夹杂物的来源与分类 155

8.4.2　一次夹杂物 157

8.4.3 二次氧化夹杂物 159

8.4.4　偏析夹杂物 160

思考与练习 163

第9章　铸造应力、变形及裂纹 164

9.1　铸造应力 164

9.1.1 热应力 164

9.1.2　相变力 168

9.1.3　机械阻碍应力 169

9.1.4　减小及消除铸造应力的措施 169

9.2　铸件的变形与冷裂 170

9.2.1　铸件的变形 170

9.2.2　铸件的冷裂 172

9.3　铸件的热裂 173

9.3.1　热裂的分类和形貌特征 174

9.3.2　热裂的形成机理 175

9.3.3　影响热裂形成的因素 177

9.3.4　防止热裂的途径 181

思考与练习 182

第10章　液态金属在特殊条件下的凝固与成形 183

10.1　快速凝固 183

10.1.1　快速凝固简介 183

10.1.2 快速凝固过程的动力学与热力学基础 183

10.1.3　快速凝固的特征 184

10.1.4　快速凝固方法 187

10.2 定向凝固与单晶生长 188

10.2.1　概述 188

10.2.2　定向凝固的理论基础 188

10.2.3　定向凝固工艺 190

10.2.4　单晶制备 194

思考与练习 195

参考文献 196