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本書是為適應普通高等學校材料成型及控制工程專業和材料加工工程學科的培養目標要求而編寫的基礎理論教材。本書著重闡明金屬凝固成形（也稱液態成形）的內在規律和物理本質，主要介紹熔融金屬及其充型、凝固傳熱、凝固形核與晶體生長、合金的凝固及其凝固組織、凝固偏析、氣孔與夾雜物、凝固收縮與縮孔、熱裂鑄造應力、變形與冷裂等。
本書既注重基礎理論的闡述，又注重凝固理論的工程應用，意在使讀者通過學習，能夠對金屬凝固成形過程及基本原理有較深入和系統的理解，並能針對金屬凝固成形過程中產生的實際問題提出有效的對策和解決方案。本書可作為普通高等學校材料成型及控制工程專業的本科生教材和材料加工工程學科的研究生教材，也可作為鑄造、冶金、材料、機械等領域工程技術人員的參考用書。
第1章熔融金屬1
1.1熔融金屬的結構1
1.1.1液、固、氣三態的特性對比1
1.1.2理想純金屬的液態結構2
1.1.3實際金屬的液態結構3
1.2熔融金屬的性質3
1.2.1熔融金屬的黏度3
1.2.2熔融金屬的表面張力6
1.3熔融金屬與環境的交互作用11
1.3.1金屬液與水蒸氣的反應11
1.3.2常見金屬液的氣體反應11
習題13
第2章充型15
2.1充型能力的度量方法15
2.2熔融金屬的停止流動機理與充型能力表徵17
2.2.1熔融金屬的停止流動機理17
2.2.2充型能力的簡化計算18
2.3充型能力的影響因素及提高措施19
2.3.1影響充型能力的因素20
2.3.2提高充型能力的措施27
2.4連續流動性28
習題29
第3章凝固傳熱30
3.1凝固傳熱的特點30
3.2凝固系統溫度場的研究方法32
3.2.1溫度場的實際測定32
3.2.2溫度場的數學解析35
3.2.3溫度場的數值計算38
3.3不同熱阻條件下凝固系統的溫度分佈39
3.4鑄件溫度場的影響因素40
3.5凝固時間42
3.5.1平方根定律42
3.5. 算厚度法則44
3.5.3熱流發散效應46
3.5.4不同熱阻條件下鑄件的凝固時間47
3.6凝固方式49
3.6.1凝固動態曲線49
3.6.2凝固區域及其結構49
3.6.3凝固方式及其影響因素51
3.6.4凝固方式與鑄件品質的關係54
3.6.5凝固方式的控制55
3.7凝固方向56
3.7.1順序凝固與同時凝固56
3.7.2凝固方向的控制57
習題57
第4章凝固形核與晶體生長60
4.1金屬結晶的熱力學條件60
4.2形核過程61
4.2.1均質形核62
4.2.2異質形核66
4.3生長過程70
4.3.1晶體生長的動力學過冷度70
4.3.2液-固介面的微觀結構71
4.3.3液-固介面的生長機理和生長速度73
4.3.4過冷度對介面性質及動力學過程的影響76
4.3.5晶體的生長方向和生長介面76
習題77
第5章合金的凝固79
5.1單相合金的平衡凝固79
5.1.1平衡分配係數79
5.1.2平衡凝固時的溶質再分配80
5.2單相合金的非平衡凝固81
5.2.1凝固介面區域平衡假設81
5.2.2固相無擴散、液相均勻混合時的溶質再分配82
5.2.3固相無擴散、液相只有有限擴散而無對流或攪拌時的溶質再分配83
5.2.4固相無擴散、液相存在部分混合時的溶質再分配87
5.3單相合金固-液介面前沿液相的過冷狀態 90
5.3.1熱過冷90
5.3.2成分過冷91
5.4液相過冷對單相合金凝固過程的影響 93
5.4.1熱過冷對純金屬介面穩定性、介面形貌及結晶形態的影響93
5.4.2成分過冷對單相合金介面穩定性、介面形貌及結晶形態的影響 94
5.4.3枝晶間距99
5.5共晶合金的凝固101
5.5.1共晶組織的形態及分類 102
5.5.2共生區102
5.5.3共晶合金的結晶方式 104
5.5.4非小平面-非小平面規則共晶的凝固 107
5.5.5非小平面-小平面非規則共晶的凝固 111
習題114
第6章凝固組織117
6.1鑄件凝固組織及其對性能的影響117
6.1.1鑄件的宏觀凝固組織 117
6.1.2宏觀凝固組織對鑄件性能的影響 118
6.2液相流動對凝固過程的影響 118
6.2.1液相流動對凝固前沿的影響 118
6.2.2液相流動對晶體游離與晶核增殖的影響 119
6.3鑄件凝固組織的形成機理 121
6.3.1表面細晶粒區的形成 121
6.3.2柱狀晶區的形成 122
6.3.3中心等軸晶區的形成 123
6.3.4宏觀凝固組織的影響因素 124
6.4鑄件宏觀凝固組織的控制 126
6.4.1等軸晶組織的獲得和細化 126
6.4.2定向凝固與柱狀晶及單晶組織的
獲得 129
習題132
第7章凝固偏析133
7.1宏觀偏析133
7.1.1正常偏析133
7.1.2反常偏析135
7.1.3重力偏析 136
7.2微觀偏析137
7.2.1枝晶偏析 138
7.2.2胞狀偏析與晶界偏析 139
7.2.3微觀偏析產生的非平衡第二相 139
7.2.4微觀偏析的度量與消除 140
7.3鎮靜鋼錠中的宏觀偏析 141
習題142
第8章氣孔與夾雜物143
8.1概述 144
8.1.1氣體的來源144
8.1.2氣體的存在形態144
8.1.3非金屬夾雜物的來源 144
8.1.4非金屬夾雜物的分類 145
8.2氣體的溶解145
8.2.1氣體在金屬中的溶解過程 145
8.2.2氣體溶解度的影響因素 146
8.2.3氣體在金屬液中的傳輸 149
8.3氣體的析出150
8.3.1氣體的擴散析出150
8.3.2氣體以氣泡形式從金屬液中析出 150
8.4鑄件中的氣孔154
8.4.1析出性氣孔154
8.4.2反應性氣孔157
8.4.3侵入性氣孔 161
8.5非金屬夾雜物的生成 163
8.5.1澆注前形成的非金屬夾雜物 163
8.5.2澆注充型時形成的非金屬夾雜物 164
8.5.3凝固過程中形成的非金屬夾雜物 165
8.6夾雜物的長大、形狀和分佈 165
8.6.1夾雜物的聚合長大 165
8.6.2夾雜物的形狀 166
8.6.3夾雜物的分佈 167
8.7預防、減少和去除夾雜物的途徑 167
習題169
第9章凝固收縮與縮孔 170
9.1收縮的基本概念171
9.1.1體收縮和線收縮 171
9.1.2金屬收縮的三個階段171
9.1.3鑄件的收縮173
9.2縮孔的形成機制174
9.2.1金屬液中的靜水張力 174
9.2.2縮孔的形核與生長 174
9.2.3氣縮孔的形核與生長 175
9.3縮孔及縮松的形成過程 176
9.3.1縮孔的形成過程 176
9.3.2縮松的形成過程 178
9.4石墨鑄鐵的縮孔 179
9.4.1凝固動態曲線及凝固過程 179
9.4.2縮孔和縮松的形成特點 180
9.5補縮準則與補縮機制181
9.5.1補縮準則181
9.5.2補縮機制182
9.6縮孔的影響因素 185
9.7防止鑄件產生縮孔的途徑 186
9.7.1合理選擇凝固方向 186
9.7.2強化凝固方向控制 188
9.7.3採用均衡凝固原則 189
習題190
第10章熱裂、鑄造應力、變形與冷裂192
10.1熱裂192
10.1.1熱裂的基本概念 193
10.1.2熱裂的形成機理 195
10.1.3熱裂的影響因素及防止途徑 197
10.2鑄造應力201
10.2.1熱應力的形成過程 202
10.2.2相變應力的形成過程 203
10.2.3殘餘應力的影響因素 204
10.2.4減小和消除鑄造應力的措施 205
10.3鑄件的變形和冷裂206
10.3.1鑄件的變形206
10.3.2鑄件的冷裂207
習題208
參考文獻210
