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第1章 概论1

1.1 引言1

1.2 铸造技术发展的历程2

1.2.1 古代的铸造技术2

1.2.2 近代铸造技术的发展13

1.3 铸造技术的分类15

1.3.1 按照铸造合金分类15

1.3.2 按照产品结构和用途分类16

1.3.3 按照应用领域分类17

1.3.4 按照铸型材料和浇铸方法分类19

1.4 铸造技术的理论基础21

1.5 铸造技术的发展现状与趋势22

参考文献23

第2章 单相合金的凝固25

2.1 凝固形核与晶粒细化25

2.1.1 形核条件25

2.1.2 形核率30

2.1.3 形核过冷度31

2.1.4 均质形核温度的获得与形核方式判定34

2.1.5 晶粒细化36

2.2 固－液界面的微观结构与晶体的生长特性39

2.2.1 固－液界面的结构39

2.2.2 晶体的生长方式及其转变42

2.3 固－液界面前沿的溶质再分配与界面的稳定性48

2.3.1 纯物质固－液界面的稳定性48

2.3.2 合金固－液界面前沿的溶质再分配50

2.3.3 成分过冷与合金固－液界面的稳定性53

2.3.4 固－液界面稳定性动力学理论55

2.4 胞晶和枝晶的生长特性58

2.4.1 胞晶与枝晶的形态58

2.4.2 枝晶的尖端曲率半径与生长速度63

2.4.3 定向生长后的一次枝晶间距69

2.4.4 定向或等轴晶的二次间距71

2.5 负温度梯度下过冷熔体中枝晶的生长特性74

2.5.1 LKG模型74

2.5.2 LKT模型74

2.5.3 BCT-LKT模型75

参考文献76

第3章 共晶、包晶与偏晶合金的凝固79

3.1 共晶凝固79

3.1.1 共晶组织的分类79

3.1.2 共晶的形核83

3.1.3 规则共晶的生长特性84

3.1.4 非规则共晶的生长特性89

3.1.5 共晶与枝晶的竞争生长与非平衡状态下的共晶共生区99

3.2 包晶和偏晶合金的凝固101

3.2.1 包晶合金的凝固101

3.2.2 偏晶合金的凝固105

参考文献108

第4章 多元多相合金的凝固111

4.1 非形态相关的凝固分析111

4.1.1 平衡凝固112

4.1.2 基于Scheil方程的分析114

4.1.3 固相扩散问题的处理115

4.1.4 液相的扩散117

4.1.5 凝固路径分析118

4.2 初生相生长形态的分析120

4.2.1 二元模型的扩展121

4.2.2 界面寻踪模型122

4.2.3 相场模型125

4.3 多相凝固组织形态分析126

4.4 多组元合金凝固过程宏观和细观组织的耦合分析128

参考文献131

第5章 合金的熔炼与液态金属状态控制135

5.1 前言135

5.2 合金熔炼与成分控制136

5.2.1 合金成分控制的基本原理136

5.2.2 合金元素的加入方式与成分控制方法137

5.2.3 熔炼过程的环境控制138

5.3 合金液的净化140

5.3.1 气体精炼法140

5.3.2 合金液的过滤处理142

5.4 熔体结构与状态控制144

5.4.1 基本原理144

5.4.2 等轴晶的晶粒细化147

5.4.3 多相合金凝固过程的变质处理153

参考文献155

第6章 铸件凝固过程控制159

6.1 铸件凝固的温度场159

6.1.1 铸件凝固传热的基本方式159

6.1.2 铸件凝固中非稳态温度场160

6.1.3 铸件凝固中温度场分布162

6.1.4 影响铸件凝固中温度场分布的因素173

6.2 铸件凝固方式175

6.2.1 铸件凝固方式分类177

6.2.2 影响铸件凝固方式的因素178

6.3 铸件凝固组织及其控制183

6.3.1 铸件宏观组织183

6.3.2 铸件宏观组织形成的原因184

6.3.3 影响铸件宏观组织形成的因素190

6.3.4 铸件凝固组织细化与变质193

参考文献197

第7章 熔体中的流动对凝固过程及组织形成的作用199

7.1 凝固过程液相流动与多物理场耦合关系及其效应的研究进展199

7.2 对流的影响因素与控制方法205

7.2.1 铸件凝固过程中尺寸与自然对流强度的关系205

7.2.2 外场对凝固过程流场的控制207

7.3 液相流动对凝固组织的影响210

7.3.1 液相流动对等轴晶组织的影响210

7.3.2 液相流动对定向凝固组织形成的影响212

7.3.3 液相流动对柱状晶向等轴晶转变的影响221

7.4 液相流动对成分偏析作用的影响223

参考文献231

第8章 铸造工艺概述235

8.1 前言235

8.1.1 铸造工艺发展历史235

8.1.2 铸造的优点和局限236

8.1.3 铸造名词术语236

8.2 砂型铸造238

8.2.1 铸型与型芯的主要性能238

8.2.2 型（芯）砂的组成240

8.2.3 型（芯）砂成分与制备250

8.2.4 造型和造芯256

8.3 特种铸造工艺263

8.3.1 壳型铸造264

8.3.2 熔模精密铸造267

8.3.3 永久模铸造268

8.3.4 压力铸造270

8.3.5 离心铸造274

8.3.6 消失模铸造276

8.4 铸造工艺设计基本方法280

8.4.1 铸件产品设计280

8.4.2 铸件设计285

8.4.3 铸造工艺方案的确定287

8.4.4 铸造工艺文件的编制294

参考文献297

第9章 铸造工艺与铸造缺陷分析299

9.1 浇注系统分析与设计299

9.1.1 浇注系统的组成及其作用299

9.1.2 浇注系统的尺寸设计304

9.2 冒口和冷铁设计317

9.2.1 Caine方法318

9.2.2 模数法320

9.2.3 海军实验室方法324

9.2.4 补缩距离326

9.2.5 冷铁设计328

9.2.6 辅助补缩方法328

9.3 铸件清理和铸造缺陷330

9.3.1 铸件清理331

9.3.2 铸件中的缺陷332

参考文献338

第10章 半固态及金属基复合材料的铸造341

10.1 半固态铸造技术的发展及其基本原理341

10.2 半固态金属的特性343

10.2.1 半固态金属的表观力学性质343

10.2.2 半固态金属表观力学性质与微观组织的关系346

10.3 半固态浆料的制备工艺348

10.4 半固态金属的铸造成形350

10.5 金属基复合材料的铸造353

10.5.1 金属基复合材料及其制备方法353

10.5.2 合金液与增强颗粒的界面特性354

10.5.3 合金液与增强颗粒的搅拌混合355

10.5.4 增强颗粒与合金液混合物的成形与凝固358

10.6 金属基复合材料的浸渗法制备技术361

10.7 金属基复合材料的共喷射沉积法制备363

10.7.1 共喷射沉积法的基本原理和方法363

10.7.2 共喷射沉积复合材料的凝固特性365

参考文献365

第11章 反重力铸造369

11.1 反重力铸造技术的提出与发展369

11.2 反重力铸造的充型与凝固特性分析375

11.2.1 反重力铸造充型过程375

11.2.2 反重力铸造的凝固特性380

11.2.3 反重力铸造的技术特点与优势384

11.3 反重力铸造的工艺设计385

11.3.1 反重力铸造的加压工艺385

11.3.2 反重力铸造的凝固工艺设计389

11.3.3 反重力铸造浇注系统的结构设计394

11.3.4 浇注系统的充型与补缩长度的计算396

11.4 反重力铸造控制技术400

11.4.1 反重力铸造的气动控制技术400

11.4.2 基于数字式组合阀的反重力铸造过程压力控制403

11.4.3 反重力铸造的电磁控制技术407

11.5 反重力铸造的应用408

11.5.1 低压铸造在汽车零件生产中的应用408

11.5.2 大型复杂薄壁轻合金结构件的砂型反重力铸造409

11.5.3 调压法精密铸造410

参考文献411

第12章 定向凝固技术413

12.1 定向凝固技术的特点414

12.2 定向凝固技术的发展418

12.2.1 高温合金定向凝固技术419

12.2.2 高温合金单晶制备技术425

12.3 定向凝固界面的位置控制及温度梯度测算428

12.3.1 定向凝固界面的位置控制428

12.3.2 温度梯度的测算431

12.4 定向凝固技术的应用432

12.4.1 镍基高温合金432

12.4.2 金属纳米丝442

12.4.3 多晶硅444

参考文献446

第13章 连续铸造技术453

13.1 连续铸造技术的形成与发展453

13.2 钢锭的连续铸造457

13.2.1 钢锭连铸的基本方法与凝固特性457

13.2.2 钢锭连铸工艺过程的控制环节460

13.2.3 连铸钢锭凝固组织、缺陷及其形成原理464

13.2.4 连铸钢锭凝固组织与缺陷的控制措施469

13.3 铝合金的连续铸造475

13.3.1 铝合金连铸过程的传热分析476

13.3.2 凝固组织的控制478

13.3.3 氧化夹杂的防止481

13.3.4 表面质量的控制483

13.4 薄板的连续铸轧486

13.4.1 钢锭的液芯轧制486

13.4.2 薄板连铸连轧技术489

13.4.3 其他薄板连铸技术492

13.5 其他连续铸造技术494

13.5.1 铜合金与铸铁的连铸494

13.5.2 易氧化金属的冷床熔化连铸技术495

13.5.3 OCC连铸技术496

参考文献499

第14章 高性能金属构件快速凝固激光直接成形技术503

14.1 原理及特点503

14.2 国内外研究现状507

14.3 大型金属结构件激光直接成形的基础问题512

14.4 小结514

参考文献514