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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