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引言1

第一篇 凝固理论5

1 液态金属的结构和性质5

1.1 固体金属的加热、熔化5

1.2 液态金属的结构7

1.2.1 液态金属的热物理性质7

1.2.2 X射线结构分析8

1.2.3 液态金属的结构9

1.2.4 液态金属理论结构模型——刚球模型与PY理论10

1.3 液态金属的性质11

1.3.1 液态金属的黏滞性（黏度）11

1.3.2 表面张力13

2 液态金属凝固热力学及动力学19

2.1 纯金属的凝固19

2.2 二元合金的凝固平衡21

2.3 压力及界面曲率对凝固点的影响23

2.4 形核过程26

2.5 形核率28

2.6 固—液界面的结构30

2.7 晶体生长32

3 凝固过程中的溶质再分配36

3.1 溶质再分配与平衡分配系数36

3.2 非平衡凝固时的溶质再分配37

3.2.1 液相均匀混合时的溶质再分配37

3.2.2 液相中只考虑扩散时的溶质再分配38

3.2.3 液相部分混合时的溶质再分配41

4 单相合金凝固43

4.1 单相合金平衡凝固43

4.2 稳态凝固43

4.3 液态合金凝固过程中的“成分过冷”45

4.3.1 “成分过冷”产生的条件45

4.3.2 “成分过冷”的过冷度47

4.4 “成分过冷”对单相合金凝固过程的影响49

4.4.1 无“成分过冷”的平面生长49

4.4.2 窄成分过冷区的胞状生长50

4.4.3 较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长51

4.4.4 宽成分过冷区的自由树枝晶生长52

4.4.5 树枝晶的生长方向和枝晶间距53

4.4.6 晶体形貌间的关系55

5 多相合金凝固56

5.1 共晶合金的凝固56

5.1.1 概述56

5.1.2 规则共晶凝固58

5.1.3 非规则共晶凝固62

5.2 偏晶合金和包晶合金的凝固67

5.2.1 偏晶合金的凝固67

5.2.2 包晶合金的凝固68

第二篇 凝固控制技术71

6 金属熔体控制71

6.1 合金熔体的净化71

6.1.1 非化学反应除气热力学71

6.1.2 非化学反应除气动力学72

6.1.3 有化学反应的除气热力学与动力学75

6.1.4 合金熔体的净化方法75

6.2 合金熔体的变质处理87

6.2.1 基本概念87

6.2.2 铝硅合金中共晶硅的变质处理87

6.2.3 变质剂的种类与效果92

6.2.4 变质处理工艺92

6.2.5 铸铁中石墨的球化93

6.2.6 其他变质方法101

7 铸件凝固组织控制与凝固方式106

7.1 铸件凝固组织的形成106

7.1.1 凝固条件与凝固方式106

7.1.2 铸件的典型凝固组织与形成过程107

7.1.3 等轴晶的形核110

7.1.4 铸件典型凝固组织形态的控制111

7.2 等轴晶的晶粒细化112

7.2.1 添加晶粒细化剂法112

7.2.2 动力学细化法117

7.2.3 熔炼及浇注过程的温度控制118

7.3 铸铁多相合金凝固过程控制120

7.3.1 影响铸铁组织的因素及控制120

7.3.2 化学成分的影响123

7.3.3 冷却速度的影响127

7.3.4 孕育处理的影响131

7.3.5 振动的影响146

7.4 铝合金多相合金凝固过程控制147

7.4.1 Al-Cu合金147

7.4.2 Al-Si合金149

7.4.3 Al-Cu-Si合金150

7.4.4 振动能对铝及其合金凝固和组织的影响152

7.4.5 压力对铝合金凝固过程、组织及性能的影响153

7.5 凝固方式157

7.5.1 凝固区域的结构157

7.5.2 铸件的凝固方式158

7.5.3 影响凝固方式的因素159

7.5.4 铸件的凝固方式与铸件质量160

8 常见的凝固缺陷及控制161

8.1 成分偏析161

8.1.1 微观偏析161

8.1.2 宏观偏析163

8.2 凝固收缩及凝固组织致密度的控制167

8.2.1 凝固收缩率168

8.2.2 缩松的形成与控制171

8.2.3 强化补缩的方法——保温冒口与保温补贴173

8.3 裂纹的形成与控制177

8.3.1 铸造应力的形成177

8.3.2 热裂179

8.3.3 冷裂184

8.4 气孔的形成与控制186

8.4.1 气孔的分类186

8.4.2 气体的析出187

8.4.3 气孔的形成机理188

8.4.4 防止气孔产生的措施191

8.5 夹杂物的形成与控制193

8.5.1 夹杂物的来源及分类193

8.5.2 初生夹杂物193

8.5.3 二次氧化夹杂物195

8.5.4 次生氧化夹杂物196

8.5.5 焊缝中的夹杂物196

9 凝固新技术197

9.1 定向凝固197

9.1.1 定向凝固工艺197

9.1.2 定向凝固技术的应用201

9.2 优质铸件凝固206

9.3 深过冷凝固206

9.4 超常凝固208

9.4.1 微重力下的凝固208

9.4.2 声悬浮技术211

9.4.3 高压凝固212

9.5 快速凝固212

9.5.1 快速凝固方法213

9.5.2 快速凝固的特征214

9.6 半固态金属的特性及半固态铸造215

9.6.1 半固态金属的特性215

9.6.2 连续搅拌对半固态金属凝固的影响216

9.6.3 半固态铸造219

10 连续铸造技术222

10.1 连铸技术的发展现状223

10.1.1 连铸技术的发展史223

10.1.2 我国连铸技术的发展现状225

10.2 连铸的基本方法226

10.2.1 立式连铸机226

10.2.2 弧形连铸机228

10.2.3 水平连铸机229

10.3 连铸过程凝固组织特点及质量控制229

10.3.1 连铸过程凝固特点229

10.3.2 连铸凝固组织、缺陷231

10.4 连铸工艺过程的控制环节242

10.4.1 结晶器的结构设计242

10.4.2 结晶器振动243

10.4.3 连铸速率的控制243

10.4.4 铸坯的弯曲与矫直243

10.5 连铸连轧新技术244

10.5.1 薄板坯连铸连轧技术244

10.5.2 连铸CSP新技术246

10.5.3 其他薄板连铸连轧技术251

10.5.4 我国薄板坯连铸连轧技术的发展现状254

10.6 其他合金的连铸技术257

10.6.1 铝合金的连续铸造257

10.6.2 其他合金的连铸263

10.7 O.C.C．连铸技术266

10.7.1 O.C.C．连铸技术的原理与特点266

10.7.2 O.C.C．连铸方法267

10.7.3 O.C.C．连铸的凝固过程与质量控制273

11 焊接技术276

11.1 焊接方法276

11.2 焊接设备277

11.3 焊接材料278

11.3.1 焊条278

11.3.2 焊丝280

11.3.3 焊剂281

11.3.4 焊接用气体281

11.4 焊接工艺281

11.4.1 手工电弧焊281

11.4.2 埋弧焊287

11.4.3 气体保护电弧焊288

11.4.4 等离子弧焊289

11.4.5 堆焊290

11.4.6 气焊292

11.4.7 电阻焊294

11.4.8 钎焊295

11.5 焊接构件的热处理295

11.6 焊接缺陷及质量检测295

11.6.1 焊接缺陷295

11.6.2 焊接质量的检验297

11.7 焊接新技术298

11.7.1 激光焊298

11.7.2 数字化焊接技术299

11.7.3 搅拌摩擦焊技术299

11.8 焊接新技术新工艺的发展及前景299

11.8.1 能源方面300

11.8.2 计算机在焊接中的应用300

11.8.3 焊接机器人和智能化300

11.8.4 提高焊接生产率301

参考文献302