本书是为适应普通高等学校材料成型及控制工程专业和材料加工工程学科的培养目标要求而编写的基础理论教材。本书着重阐明金属凝固成形（也称液态成形）的内在规律和物理本质，主要介绍熔融金属及其充型、凝固传热、凝固形核与晶体生长、合金的凝固及其凝固组织、凝固偏析、气孔与夹杂物、凝固收缩与缩孔、热裂铸造应力、变形与冷裂等。本书既注重基础理论的阐述，又注重凝固理论的工程应用，意在使读者通过学习，能够对金属凝固成形过程及基本原理有较深入和系统的理解，并能针对金属凝固成形过程中产生的实际问题提出有效的对策和解决方案。本书可作为普通高等学校材料成型及控制工程专业的本科生教材和材料加工工程学科的研究生教材，也可作为铸造、冶金、材料、机械等领域工程技术人员的参考用书。

前言
第1章熔融金属1
1.1熔融金属的结构1
1.1.1液、固、气三态的特性对比1
1.1.2理想纯金属的液态结构2
1.1.3实际金属的液态结构3
1.2熔融金属的性质3
1.2.1熔融金属的黏度3
1.2.2熔融金属的表面张力6
1.3熔融金属与环境的交互作用11
1.3.1金属液与水蒸气的反应11
1.3.2常见金属液的气体反应11
习题13
第2章充型15
2.1充型能力的度量方法15
2.2熔融金属的停止流动机理与充型能力
表征17
2.2.1熔融金属的停止流动机理17
2.2.2充型能力的简化计算18
2.3充型能力的影响因素及提高措施19
2.3.1影响充型能力的因素20
2.3.2提高充型能力的措施27
2.4连续流动性28
习题29
第3章凝固传热30
3.1凝固传热的特点30
3.2凝固系统温度场的研究方法32
3.2.1温度场的实际测定32
3.2.2温度场的数学解析35
3.2.3温度场的数值计算38
3.3不同热阻条件下凝固系统的温度
分布39
3.4铸件温度场的影响因素40
3.5凝固时间42
3.5.1平方根定律42
3.5.2折算厚度法则44
3.5.3热流发散效应46
3.5.4不同热阻条件下铸件的凝固
时间47
3.6凝固方式49
3.6.1凝固动态曲线49
3.6.2凝固区域及其结构49
3.6.3凝固方式及其影响因素51
3.6.4凝固方式与铸件质量的关系54
3.6.5凝固方式的控制55
3.7凝固方向56
3.7.1顺序凝固与同时凝固56
3.7.2凝固方向的控制57
习题57
第4章凝固形核与晶体生长60
4.1金属结晶的热力学条件60
4.2形核过程61
4.2.1均质形核62
4.2.2异质形核66
4.3生长过程70
4.3.1晶体生长的动力学过冷度70
4.3.2液-固界面的微观结构71
4.3.3液-固界面的生长机理和生长
速度73
4.3.4过冷度对界面性质及动力学过程的
影响76
4.3.5晶体的生长方向和生长界面76
习题77
第5章合金的凝固79
5.1单相合金的平衡凝固79
5.1.1平衡分配系数79
5.1.2平衡凝固时的溶质再分配80
5.2单相合金的非平衡凝固81
5.2.1凝固界面区域平衡假设81
5.2.2固相无扩散、液相均匀混合时的
溶质再分配82
5.2.3固相无扩散、液相只有有限扩散而
无对流或搅拌时的溶质再分配83
5.2.4固相无扩散、液相存在部分混合
时的溶质再分配87
5.3单相合金固-液界面前沿液相的过冷
状态 90
5.3.1热过冷90
5.3.2成分过冷91
5.4液相过冷对单相合金凝固过程的
影响 93
5.4.1热过冷对纯金属界面稳定性、界面
形貌及结晶形态的影响93
5.4.2成分过冷对单相合金界面稳定性、
界面形貌及结晶形态的影响 94
5.4.3枝晶间距99
5.5共晶合金的凝固101
5.5.1共晶组织的形态及分类 102
5.5.2共生区102
5.5.3共晶合金的结晶方式 104
5.5.4非小平面-非小平面规则共晶的
凝固 107
5.5.5非小平面-小平面非规则共晶的
凝固 111
习题114
第6章凝固组织117
6.1铸件凝固组织及其对性能的影响117
6.1.1铸件的宏观凝固组织 117
6.1.2宏观凝固组织对铸件性能的
影响 118
6.2液相流动对凝固过程的影响 118
6.2.1液相流动对凝固前沿的影响 118
6.2.2液相流动对晶体游离与晶核增殖的
影响 119
6.3铸件凝固组织的形成机理 121
6.3.1表面细晶粒区的形成 121
6.3.2柱状晶区的形成 122
6.3.3中心等轴晶区的形成 123
6.3.4宏观凝固组织的影响因素 124
6.4铸件宏观凝固组织的控制 126
6.4.1等轴晶组织的获得和细化 126
6.4.2定向凝固与柱状晶及单晶组织的
获得 129
习题132
第7章凝固偏析133
7.1宏观偏析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微观偏析137
7.2.1枝晶偏析 138
7.2.2胞状偏析与晶界偏析 139
7.2.3微观偏析产生的非平衡第
二相 139
7.2.4微观偏析的度量与消除 140
7.3镇静钢锭中的宏观偏析 141
习题142
目录第8章气孔与夹杂物143
8.1概述 144
8.1.1气体的来源144
8.1.2气体的存在形态144
8.1.3非金属夹杂物的来源 144
8.1.4非金属夹杂物的分类 145
8.2气体的溶解145
8.2.1气体在金属中的溶解过程 145
8.2.2气体溶解度的影响因素 146
8.2.3气体在金属液中的传输 149
8.3气体的析出150
8.3.1气体的扩散析出150
8.3.2气体以气泡形式从金属液中
析出 150
8.4铸件中的气孔154
8.4.1析出性气孔154
8.4.2反应性气孔157
8.4.3侵入性气孔 161
8.5非金属夹杂物的生成 163
8.5.1浇注前形成的非金属夹杂物 163
8.5.2浇注充型时形成的非金属夹
杂物 164
8.5.3凝固过程中形成的非金属夹
杂物 165
8.6夹杂物的长大、形状和分布 165
8.6.1夹杂物的聚合长大 165
8.6.2夹杂物的形状 166
8.6.3夹杂物的分布 167
8.7预防、减少和去除夹杂物的途径 167
习题169
第9章凝固收缩与缩孔 170
9.1收缩的基本概念171
9.1.1体收缩和线收缩 171
9.1.2金属收缩的三个阶段171
9.1.3铸件的收缩173
9.2缩孔的形成机制174
9.2.1金属液中的静水张力 174
9.2.2缩孔的形核与生长 174
9.2.3气缩孔的形核与生长 175
9.3缩孔及缩松的形成过程 176
9.3.1缩孔的形成过程 176
9.3.2缩松的形成过程 178
9.4石墨铸铁的缩孔 179
9.4.1凝固动态曲线及凝固过程 179
9.4.2缩孔和缩松的形成特点 180
9.5补缩准则与补缩机制181
9.5.1补缩准则181
9.5.2补缩机制182
9.6缩孔的影响因素 185
9.7防止铸件产生缩孔的途径 186
9.7.1合理选择凝固方向 186
9.7.2强化凝固方向控制 188
9.7.3采用均衡凝固原则 189
习题190
第10章热裂、铸造应力、变形与
冷裂192
10.1热裂192
10.1.1热裂的基本概念 193
10.1.2热裂的形成机理 195
10.1.3热裂的影响因素及防止途径 197
10.2铸造应力201
10.2.1热应力的形成过程 202
10.2.2相变应力的形成过程 203
10.2.3残余应力的影响因素 204
10.2.4减小和消除铸造应力的措施 205
10.3铸件的变形和冷裂206
10.3.1铸件的变形206
10.3.2铸件的冷裂207
习题208
参考文献210