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1 绪论 1

1.1 金属材料的地位 1

1.2 凝固科学的形成及凝固科学技术与材料发展 2

1.2.1 凝固科学的形成 2

1.2.2 凝固理论的发展 2

1.2.3 凝固科学技术与材料发展 3

1.3 凝固科学技术发展展望 4

1.4 金属凝固过程的研究方法和基本问题 4

1.5 本课程的性质和任务 5

2 金属的结构与性质 6

2.1 原子间的键合 6

2.1.1 键合的类型 6

2.1.2 键合的本质及其性能 11

2.2 晶体学基础 13

2.2.1 空间点阵和晶胞 13

2.2.2 晶系和布拉维点阵 14

2.2.3 晶向指数和晶面指数 17

2.3 金属的晶体结构 19

2.3.1 典型金属的晶体结构 19

2.3.2 合金的相结构 25

2.4 晶体缺陷 32

2.4.1 缺陷分类 32

2.4.2 点缺陷 33

2.4.3 线缺陷 35

2.4.4 面缺陷 43

3 相图 48

3.1 相图基本知识 48

3.1.1 相和组元 48

3.1.2 相平衡与相律 48

3.1.3 杠杆定律 51

3.2 二元相图及其类型 52

3.2.1 二元相图的表示方法及其建立 52

3.2.2 二元相图的基本类型 54

3.2.3 复杂二元相图的分析方法 64

3.2.4 二元相图实例分析——铁碳合金相图 65

3.3 三元系统及其类型 71

3.3.1 三元相图基本知识 71

3.3.2 三元匀晶相图和三元共晶相图 77

3.3.3 三元相图实例分析 83

4 金属液态成型基础 90

4.1 液态金属的结构和性质 90

4.1.1 固体金属的加热、膨胀及熔化 90

4.1.2 液态金属的结构 92

4.1.3 液态金属的性质 97

4.2 液态金属的充型能力及其影响因素 106

4.2.1 基本概念 106

4.2.2 液态金属的停止流动机理 108

4.2.3 液态金属的充型能力的计算 110

4.2.4 影响充型能力的因素 113

4.3 金属凝固过程中的传热 116

4.3.1 铸件的温度场及计算 116

4.3.2 铸件温度场的测定及凝固动态曲线 118

4.3.3 影响金属凝固温度场的因素 121

4.3.4 不同界面热阻条件下的温度场 123

4.4 铸件的凝固方式 125

4.4.1 凝固区域及其结构 125

4.4.2 铸件的凝固方式和控制铸件凝固的工艺原则 126

4.4.3 铸件的凝固方式与铸件质量的关系 129

4.5 铸件的凝固时间 129

4.5.1 凝固时间的理论计算 129

4.5.2 经验计算法 130

4.6 液体金属的流动 131

4.6.1 自然对流 132

4.6.2 强迫对流 133

4.6.3 对流对凝固前沿的影响 133

5 液态金属的凝固 135

5.1 液态金属结晶过程的热力学条件 135

5.1.1 结晶过程的热力学条件 135

5.1.2 液态金属凝固过程中的能量变化 136

5.2 液态金属的形核过程 137

5.2.1 均质形核 137

5.2.2 异质形核 140

5.2.3 动力生核 143

5.3 晶体的生长 143

5.3.1 晶体生长界面动力学过程 144

5.3.2 温度梯度对晶体生长的影响 149

5.4 凝固过程中的溶质再分配现象 151

5.4.1 溶质再分配与平衡分配系数 151

5.4.2 非平衡凝固时的溶质再分配 153

5.5 单相合金的凝固 159

5.5.1 固-液界面前方熔体的过冷状态 159

5.5.2 界面前方过冷状态对结晶过程的影响 162

5.6 多相合金的凝固 168

5.6.1 共晶合金的凝固 168

5.6.2 偏晶合金的凝固 176

5.6.3 包晶合金的凝固 177

6 合金熔体的净化和变质处理 179

6.1 合金熔体的净化 179

6.1.1 合金熔体的除气过程的热力学和动力学分析 179

6.1.2 合金熔体的净化方法 183

6.2 合金熔体的变质处理 193

6.2.1 变质剂的种类与效果 193

6.2.2 变质处理工艺 194

6.2.3 铝硅合金中共晶硅的变质处理 195

6.2.4 铸铁中石墨的球化 198

6.2.5 其他变质方法 204

7 金属凝固的结晶组织与控制 209

7.1 铸件宏观结晶组织的形成及其影响因素 209

7.1.1 铸件的宏观组织 209

7.1.2 铸件结晶中的晶粒游离 210

7.1.3 铸件宏观组织的形成机理 214

7.1.4 影响铸件宏观结晶组织形成的因素 217

7.2 铸件组织对性能的影响及获得和细化等轴晶的措施 218

7.2.1 铸件结晶组织对铸件性能的影响 218

7.2.2 等轴晶组织的获得和细化 219

8 铸件凝固缺陷及控制 226

8.1 化学成分的不均匀性 226

8.1.1 概述 226

8.1.2 微观偏析 227

8.1.3 宏观偏析 228

8.2 气孔 236

8.2.1 概述 236

8.2.2 气体在金属中的溶解和析出 239

8.2.3 析出性气孔 243

8.2.4 侵入性气孔 245

8.2.5 反应性气孔 246

8.3 夹杂物 248

8.3.1 概述 248

8.3.2 非金属夹杂物的生成、长大、分布和形状 251

8.3.3 减少和排除夹杂物的途径 256

8.4 缩孔与缩松 257

8.4.1 铸件的收缩 257

8.4.2 铸件中的缩孔和缩松 263

8.4.3 防止铸件产生缩孔和缩松的途径 268

8.5 变形与裂纹 273

8.5.1 铸造内应力 273

8.5.2 铸件的变形 277

8.5.3 铸件的裂纹 279

9 凝固技术 290

9.1 优质铸件凝固 291

9.2 定向凝固 291

9.2.1 定向凝固的理论基础 292

9.2.2 定向凝固工艺 292

9.2.3 定向凝固技术的应用 300

9.2.4 定向凝固合金的力学行为 305

9.3 快速凝固 306

9.3.1 快速凝固的基本原理 307

9.3.2 快速凝固方法 308

9.3.3 快速凝固的特征 310

9.4 电磁凝固 312

9.4.1 电场中的凝固技术 313

9.4.2 电磁成形 313

9.4.3 电磁力驱动熔体流动 314

9.4.4 电磁制动 316

9.4.5 电磁悬浮 317

9.4.6 电磁雾化 318

9.5 深过冷凝固 318

9.6 超常凝固 320

9.6.1 微重力下的凝固（失重条件下的凝固） 320

9.6.2 声悬浮技术 321

9.6.3 高压凝固 321

9.7 半固态凝固 322

9.7.1 半固态金属的特性 323

9.7.2 连续搅拌对半固态金属凝固的影响 323

9.7.3 半固态铸造 324

9.8 连续铸造 326

9.8.1 钢锭连铸的基本方法与凝固特性 327

9.8.2 钢锭连铸工艺的控制环节 329

参考文献 331