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铸造工程核心原理与实践：金属塑性变形的精细控制 本书聚焦于现代铸造技术领域，深度剖析金属在液态及固态下形成特定形状的物理、化学与工程学原理，旨在为工程技术人员和科研人员提供一套全面、系统的知识体系。 本书的叙述框架从基础的材料科学出发，逐步深入到复杂的工艺过程控制与质量管理，涵盖了现代铸件生产制造的各个关键环节。它并非一部关于锻压成形（塑性加工）的教科书，而是将视角精确对准了金属熔炼、浇注、凝固与热处理等核心铸造环节。 第一部分：铸造材料科学与熔炼技术 本书首先建立起对铸造原材料——金属合金——的深刻理解。 1.1 有色金属与黑色金属合金的结构与性能 本部分详尽阐述了铸造过程中常用的铁基合金（如灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及各类铸钢）和有色金属合金（如铝合金、镁合金、铜合金）的微观结构特征。重点分析了合金元素（如碳、硅、锰、镍、铬等）对液态流动性、凝固收缩行为、晶粒结构形成以及最终力学性能的影响机制。我们探讨了共晶、贫化、富集现象在铸件冷却过程中的具体表现，并引入了相图分析作为指导合金选择和成分设计的理论工具。 1.2 熔炼工艺控制与炉料准备 详细介绍了各类熔炼设备（中频感应炉、电弧炉、真空感应炉）的工作原理、优缺点及适用范围。内容涵盖了炉料的选择、预处理（如除油、除锈）以及熔炼过程中的气氛控制。特别关注了对金属液中气体（氢、氮、氧）的去除技术，如真空处理、惰性气体搅拌、变性剂添加等。强调了熔渣-金属液界面反应的化学热力学基础，以及如何通过精确的炉渣管理来净化金属液，降低夹杂物含量。 1.3 孕育与变质处理的机理 深入剖析了铸铁中石墨形核与生长的控制技术。系统阐述了孕育处理剂（如硅铁系孕育剂）在液态金属中产生异质形核点的作用，以及它对铸件石墨尺寸、形态和分布的影响。对于球墨铸铁，本书详细讨论了镁处理（或稀土处理）在硫化过程中引入的变质作用，包括对碳化硅晶核的抑制和对硫的有效脱除，这是实现高强度球墨铸铁的关键。 第二部分：成型技术与模具设计 本部分将焦点从液态金属本身转移到如何构建一个精确引导金属液流向并承受凝固应力的“容器”——型（模）系统。 2.1 铸型材料与制备技术 系统梳理了砂型铸造、特种铸造（如熔模铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造）所使用的各类型材料。在砂型铸造中，详细对比了湿型、TDS法、冷芯盒法、酸固化法等不同粘结体系的化学反应机理、强度发展曲线及环保特性。重点分析了型砂的热物理性能（导热性、比热容），以及它们如何影响铸件表面的冷却速率和最终的组织致密度。 2.2 浇注系统设计理论 这是本书的核心内容之一，专注于流体力学在铸造过程中的应用。阐述了如何根据铸件结构、合金特性和充型要求，设计合理的冒口、分型口、内浇道和横截面尺寸。详细介绍了“宁可充不满，不可夹渣”的充型原则，并引入了计算机模拟（CFD）在预测金属液充型过程中的速度场、温度场及卷气风险的应用方法。 2.3 凝固过程的组织控制 深入探讨了铸件凝固的传热学基础。系统分析了定向凝固、反相凝固（或选择性凝固）的原理，并以此为基础设计出能有效消除缩孔、疏松的冒口系统。讨论了增压凝固技术在提高高压铸件致密度方面的作用。章节末尾阐述了凝固末期固相线附近液态收缩的弥补机制，以及如何通过型壳或冒口的保温能力来控制最终的晶粒细化程度。 第三部分：铸后处理与质量评价 本书的最后部分关注如何通过后期的热处理和检验手段，确保铸件达到设计要求的机械性能和尺寸精度。 3.1 铸件的清砂与热处理 详细介绍了清砂、打磨、焊补等前处理工序的机械操作规范。随后，对铸件的热处理工艺进行了系统阐述，包括消除应力的退火、改善组织和性能的淬火与回火。着重分析了不同热处理制度对铸态组织中碳化物、石墨形态、位错密度及残余应力的影响。 3.2 铸件缺陷的成因分析与预防 本书将缺陷分类为四大类：形态缺陷（如毛边、飞边）、内部缺陷（如气孔、缩松、裂纹）、表面缺陷（如冷隔、粘砂）和组织缺陷（如白口、粗大晶粒）。对每种缺陷的产生机理，均从材料、型（模）设计、熔炼和浇注过程四个维度进行追溯性分析，并提供具体的工程预防措施，强调预防优于治理的原则。 3.3 无损检测与性能评估 系统介绍了应用于铸件质量控制的无损检测技术，包括射线检测（X射线、γ射线）、超声波探伤、磁粉检测和渗透检测。对于内部缺陷的识别和量化给出了明确的标准和方法。最后，结合力学性能测试（拉伸、冲击、硬度）和金相分析，指导读者如何建立一套完整的铸件质量保证体系。 本书的特点在于，它是一部侧重于“如何让液态金属按意图凝固成形”的工程科学著作，强调从冶金学的本质出发，结合流体力学和传热学的定量分析，指导复杂铸件的工艺设计与优化。
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