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1绪论1

1.1 凝固技术在材料成型中的作用1

1.2 金属凝固理论与技术的发展1

1.2.1 凝固理论的发展2

1.2.2 凝固技术的发展3

思考题6

2液态金属的结构与性质7

2.1 液态金属的结构7

2.1.1 液体与固体、气体的原子排序特点比较7

2.1.2 由物质熔化过程认识液体结构7

2.1.3 实际液态金属的结构特点8

2.2 液态金属的性质8

2.2.1 液态金属的黏度8

2.2.2 液态金属的表面张力9

2.2.3 液态金属的流动性及充型能力10

2.3 金属的凝固与结晶12

2.3.1 金属的结晶12

2.3.2 非晶体金属的结构与性能13

思考题15

3凝固过程的传热16

3.1 凝固过程的传热16

3.1.1 凝固过程的传热特点16

3.1.2 界面热阻与传热17

实例3-1 φ100铝硅合金铸件在砂型和金属型中凝固的测温结果和凝固组织18

3.2 凝固时间的计算19

3.2.1 平方根定律法19

3.2.2 当量厚度法20

3.3 液态金属凝固温度场20

3.3.1 铸件温度场的研究方法20

3.3.2 铸件温度场的影响因素21

3.3.3 铸件凝固方式及其影响因素22

思考题23

4金属凝固热力学与动力学24

4.1 凝固热力学24

4.1.1 液-固相变驱动力24

4.1.2 溶质平衡分配系数（K0）26

4.1.3 曲率、压力对物质熔点的影响26

4.2 凝固动力学27

4.2.1 均质形核28

4.2.2 非均质形核29

4.3 纯金属的晶体长大30

4.3.1 固-液界面的微观结构31

4.3.2 晶体长大机制32

4.3.3 晶体宏观生长方式34

思考题35

5合金的凝固36

5.1 凝固过程溶质再分配36

5.1.1 溶质再分配36

5.1.2 液相充分（均匀）混合时的溶质再分配38

5.1.3 液相有限扩散时的溶质再分配39

5.1.4 液相中部分混合时的溶质再分配40

5.2 合金凝固界面前沿的成分过冷41

5.2.1 成分过冷42

5.2.2 影响成分过冷的因素42

5.3 成分过冷对单相固溶体合金结晶形态的影响43

5.3.1 “成分过冷”对固溶体合金晶体形貌的影响规律43

5.3.2 枝晶间距44

5.4 共晶及包晶合金的凝固45

5.4.1 共晶相图及其合金的结晶45

5.4.2 包晶相图及包晶反应合金的结晶47

思考题50

6铸件宏观组织及其控制技术51

6.1 铸件的宏观组织及其形成机理51

6.1.1 铸件的宏观组织51

6.1.2 铸件宏观组织的形成机理52

6.2 铸态组织对铸件机械性能的影响54

6.2.1 表层细晶区54

6.2.2 柱状晶区54

6.2.3 等轴晶区55

6.3 铸态组织的控制途径55

6.3.1 凝固过程的传热56

6.3.2 细化晶粒的措施57

6.3.3 定向凝固技术59

实例6-1 Sn-Bi合金双侧定向凝固实验64

6.3.4 快速凝固技术67

实例6-2真空甩带法制备快速凝固薄带71

6.3.5 半固态成型技术72

实例6-3铝硅合金半固态浆料制备及凝固组织研究实例83

6.4 非晶合金的制备技术86

6.4.1 非晶合金的应用86

6.4.2 非晶合金的制备88

实例6-4 Zr-Al-Ni-Cu-Ag系大块非晶的制备88

6.5 真空及电磁场对液态成型过程的影响89

6.5.1 真空对液态成型的影响89

6.5.2 电磁场对液态成型的影响89

思考题91

7凝固缺陷及其控制93

7.1 缩孔和缩松93

7.1.1 凝固过程中的收缩93

7.1.2 铸件的缩孔和缩松94

7.2 应力、变形和裂纹96

7.2.1 铸造应力97

7.2.2 铸件变形98

实例7-1 T形奥氏体钢铸件的冷却变形99

7.2.3 铸件的裂纹99

7.3 铸件化学成分的不均匀性103

7.3.1 微观偏析103

7.3.2 宏观偏析104

7.4 气孔和非金属夹杂物107

7.4.1 气孔及其分类107

7.4.2 非金属夹杂物109

实例7-2普碳钢圆锭浇铸气缩孔缺陷实例110

思考题111

8大型铸件的凝固113

8.1 铸锭114

8.1.1 大型钢锭的发展现状114

8.1.2 钢锭及其分类115

8.1.3 钢锭的质量116

8.1.4 钢锭的浇注工艺116

8.2 钢锭的凝固118

8.2.1 钢锭凝固118

8.2.2 铸件凝固过程数值模拟119

8.2.3 凝固缺陷及其控制120

实例8-1 3t钢锭结构设计及其凝固过程数值模拟124

实例8-2 3t方钢锭浇钢实例126

思考题128

9连铸坯的凝固130

9.1 连续铸钢的发展与现状130

9.2 连铸坯的凝固131

9.2.1 连铸坯的凝固进程131

实例9-1连续铸钢结晶器内传热数值模拟研究134

9.2.2 连铸坯的凝固组织134

9.3 连铸坯质量136

9.3.1 连铸坯的形状缺陷137

9.3.2 工艺参数对结晶器出口处坯壳厚度的影响140

9.3.3 连铸保护渣141

9.3.4 改善连铸坯质量的新技术143

实例9-2高质量小方坯和圆坯研发实例145

思考题150

10金属快速成型技术151

10.1 金属快速成型的概念、原理及其发展151

10.1.1 快速成型的概念、原理及特点151

10.1.2 快速成型及其制造技术的发展152

10.2 激光快速成型及其应用154

10.2.1 激光快速成型及其分类154

10.2.2 激光快速成型的应用157

10.2.3 激光快速成型的发展现状159

实例10-1激光熔覆快速成型三维金属框制备实验160

思考题161

参考文献163