本書是為適應(yīng)普通高等學(xué)校材料成型及控制工程專業(yè)和材料加工工程學(xué)科的培養(yǎng)目標要求而編寫的基礎(chǔ)理論教材。本書著重闡明金屬凝固成形（也稱液態(tài)成形）的內(nèi)在規(guī)律和物理本質(zhì)，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(yīng)力、變形與冷裂等。本書既注重基礎(chǔ)理論的闡述，又注重凝固理論的工程應(yīng)用，意在使讀者通過學(xué)習(xí)，能夠?qū)饘倌坛尚芜^程及基本原理有較深入和系統(tǒng)的理解，并能針對金屬凝固成形過程中產(chǎn)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(xué)校材料成型及控制工程專業(yè)的本科生教材和材料加工工程學(xué)科的研究生教材，也可作為鑄造、冶金、材料、機械等領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考用書。
前言
第1章熔融金屬1
1.1熔融金屬的結(jié)構(gòu)1
1.1.1液、固、氣三態(tài)的特性對比1
1.1.2理想純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)2
1.1.3實際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)3
1.2熔融金屬的性質(zhì)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(huán)境的交互作用11
1.3.1金屬液與水蒸氣的反應(yīng)11
1.3.2常見金屬液的氣體反應(yīng)11
習(xí)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
表征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(xù)流動性28
習(xí)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(tǒng)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(shù)學(xué)解析35
3.2.3溫度場的數(shù)值計算38
3.3不同熱阻條件下凝固系統(tǒng)的溫度
分布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
3.5.2折算厚度法則44
3.5.3熱流發(fā)散效應(yīng)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(tài)曲線49
3.6.2凝固區(qū)域及其結(jié)構(gòu)49
3.6.3凝固方式及其影響因素51
3.6.4凝固方式與鑄件質(zhì)量的關(guān)系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(xí)題57
第4章凝固形核與晶體生長60
4.1金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件60
4.2形核過程61
4.2.1均質(zhì)形核62
4.2.2異質(zhì)形核66
4.3生長過程70
4.3.1晶體生長的動力學(xué)過冷度70
4.3.2液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)71
4.3.3液-固界面的生長機理和生長
速度73
4.3.4過冷度對界面性質(zhì)及動力學(xué)過程的
影響76
4.3.5晶體的生長方向和生長界面76
習(xí)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平衡分配系數(shù)79
5.1.2平衡凝固時的溶質(zhì)再分配80
5.2單相合金的非平衡凝固81
5.2.1凝固界面區(qū)域平衡假設(shè)81
5.2.2固相無擴散、液相均勻混合時的
溶質(zhì)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(zhì)再分配83
5.2.4固相無擴散、液相存在部分混合
時的溶質(zhì)再分配87
5.3單相合金固-液界面前沿液相的過冷
狀態(tài) 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熱過冷對純金屬界面穩(wěn)定性、界面
形貌及結(jié)晶形態(tài)的影響93
5.4.2成分過冷對單相合金界面穩(wěn)定性、
界面形貌及結(jié)晶形態(tài)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(tài)及分類 102
5.5.2共生區(qū)102
5.5.3共晶合金的結(jié)晶方式 104
5.5.4非小平面-非小平面規(guī)則共晶的
凝固 107
5.5.5非小平面-小平面非規(guī)則共晶的
凝固 111
習(xí)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(qū)的形成 121
6.3.2柱狀晶區(qū)的形成 122
6.3.3中心等軸晶區(qū)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(xí)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(chǎn)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(zhèn)靜鋼錠中的宏觀偏析 141
習(xí)題142
目錄第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(tài)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(yīng)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、形狀和分布 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夾雜物的分布 167
8.7預(yù)防、減少和去除夾雜物的途徑 167
習(xí)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(tài)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(chǎn)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采用均衡凝固原則 189
習(xí)題190
第10章熱裂、鑄造應(yīng)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(yīng)力201
10.2.1熱應(yīng)力的形成過程 202
10.2.2相變應(yīng)力的形成過程 203
10.2.3殘余應(yīng)力的影響因素 204
10.2.4減小和消除鑄造應(yīng)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(xí)題208
參考文獻210
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