材料成形原理

材料成形原理

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作者：林小娉 主編 陳翠欣、焦永樹 副主編

出版日期：2010年8月 書號：978-7-122-08570-2

開本：16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：326頁

本教材系統闡述了各種材料成形過程的基本原理，即材料成形過程中的能流、物質流和信息流規律及其物理本質，涵蓋了鑄件形成理論、塑性成形原理、熔焊原理、粉末冶金原理等基本內容，並對它們之間的共性部分進行了有機整合，對個性部分也作了有選擇性的重點論述。本教材共分為5篇，主要內容包括：液態金屬的凝固、材料連接成形基礎、材料成形過程中缺陷的形成與控制、金屬塑性成形力學原理、粉末成形原理。

0緒論1

01材料液態成形技術1

02材料連接成形技術2

03材料塑性成形技術3

04粉末成形技術4

05本課程的性質與任務4

06本課程與其他課程的聯繫與分工5

第一篇液態金屬的凝固

第1章液態金屬的結構與性質6

11固態金屬的加熱、膨脹及熔化6

111原子間作用力的電子理論6

112金屬的加熱膨脹7

113金屬的熔化7

12液態金屬的結構8

121從物質熔化過程對液態金屬結構的認識8

122X射線衍射對液態結構的研究8

123理想液態金屬結構9

124實際金屬和合金的液體結構10

13液態合金的性質11

131液態合金的表面張力11

132液態合金的黏度15

14液態金屬的流動性與充型能力16

141流動性與充型能力的基本概念17

142影響液態金屬充型能力的因素及鑄造工藝中的促進措施18

思考與練習23

第2章鑄件的凝固24

21鑄件的溫度場24

211數學分析法24

212數值計算方法25

213鑄件溫度場的測定29

214影響鑄件溫度場的因素29

22鑄件的凝固方式31

221凝固動態曲線31

222凝固區域及其結構31

223鑄件的凝固方式32

224影響鑄件凝固方式的因素33

23鑄件的凝固時間34

231理論計演演算法34

232經驗計演演算法——平方根定律34

思考與練習36

第3章液態金屬結晶的基本原理38

31生核過程38

311液態金屬結晶的熱力學條件38

312自發形核39

313非自發形核41

32晶體的長大43

321晶體長大的動力學條件43

322液固界面自由能及界面的微觀結構44

323晶體的微觀生長方式和速率45

324晶體的生長方向和生長表面47

33凝固過程中的質量傳輸47

331溶質分配方程47

332凝固傳質過程的有關物理量48

333穩定態擴散過程的一般性質49

34單相合金的凝固51

341溶質再分配現象的產生51

342平衡凝固時的溶質再分配51

343非平衡凝固時的溶質再分配52

344成分過冷的產生58

345界面前方過冷狀態對凝固過程的影響60

35共晶合金的凝固65

351共晶組織的分類與特點65

352規則共晶的凝固66

353非小平面小平面共晶合金的凝固70

思考與練習72

第4章鑄件宏觀凝固組織的形成與控制74

41鑄件宏觀凝固組織的形成及其影響因素74

411鑄件宏觀凝固組織特徵74

412凝固過程中晶粒遊離的產生74

413表面細晶粒區的形成76

414柱狀晶區的形成77

415內部等軸晶區的形成77

42鑄件宏觀凝固組織的控制78

421鑄件凝固組織對鑄件質量和性能的影響78

422等軸晶組織的獲得和細化78

思考與練習84

第5章凝固新技術85

51快速凝固85

511快速凝固技術85

512快速凝固的熱力學及動力學87

513快速凝固晶態合金的顯微結構特徵89

514快速凝固的非晶態合金89

52定向凝固90

521定向凝固的理論基礎90

522單晶生長92

523柱狀晶的生長93

53半固態金屬的特性94

531連續攪拌對半固態金屬凝固的影響94

532半固態鑄造95

第二篇材料連接成形基礎

第6章焊接熱過程97

61焊接熱過程的特點97

62焊接熱源97

621單一熱源98

622複合熱源98

63焊接熱效率99

631焊接熱效率及其影響因素99

632焊接熱效率的測試及計算方法100

64焊件加熱區的熱能分佈102

65焊接溫度場104

651焊接溫度場的分類104

652影響溫度場的因素104

66焊接熱過程計算107

661解析法108

662數值方法110

67焊接熱循環111

671焊接熱循環的特徵參數111

672焊接熱循環參數的測試與計算113

673多層焊熱循環114

思考與練習116

第7章焊接化學冶金117

71焊接化學冶金的特點117

711焊接過程對金屬的保護117

712冶金反應區118

713冶金反應的影響因素119

72氣體對金屬的作用120

721氣體的來源與組成120

722氣體對金屬的作用121

73焊接熔渣125

731熔渣的作用125

732熔渣的成分及結構理論126

733熔渣的性能127

74焊接過程中的化學反應129

741氧化反應及脫氧129

742合金化134

743焊縫中硫、磷的控制136

思考與練習137

第8章焊縫金屬的組織和性能138

81焊接熔池的形成及凝固138

811熔池凝固的特點138

812熔池凝固的一般規律139

813熔池的結晶形態141

82焊縫金屬的組織143

821焊縫金屬的一次結晶組織143

822焊縫金屬的固態相變143

83焊縫金屬的強韌化148

831焊縫金屬的強韌化方式148

832焊縫金屬的強韌性匹配151

84焊縫金屬的性能控制152

841焊接工藝152

842變質處理153

843振動結晶153

844其他方法154

思考與練習154

第9章焊接熱影響區156

91焊接熱影響區的組織分佈156

92焊接熱影響區的組織轉變158

921相變溫度159

922晶粒的長大159

923焊接熱影響區的組織轉變161

924焊接條件下的CCT圖及其影響因素162

93焊接熱影響區性能164

931焊接熱影響區的力學性能164

932焊接熱影響區的硬度165

933軟化166

934脆化168

935焊接熱影響區的韌性170

94焊接熱模擬技術171

941焊接熱模擬的原理及試驗裝置171

942焊接熱模擬技術的應用及局限性172

思考與練習174

第三篇材料成形過程中缺陷的形成與控制

第10章化學成分的不均勻性175

101微觀偏析175

1011枝晶偏析175

1012晶界偏析176

1013胞狀偏析177

102宏觀偏析177

1021晶間液體的流動對宏觀偏析的影響177

1022正常偏析179

1023逆偏析180

1024V形偏析和逆V形偏析180

1025帶狀偏析181

1026重力偏析181

103焊接接頭的化學成分不均勻性182

1031焊縫中的化學成分不均勻性182

1032熔合區的化學成分不均勻性183

思考與練習183

第11章氣孔與夾雜物184

111氣孔184

1111氣體的析出與氣泡的形成184

1112析出性氣孔的形成及防止措施185

1113反應性氣孔的形成及防止措施187

1114焊縫中的氣孔188

112非金屬夾雜物190

1121夾雜物的來源和分類190

1122一次非金屬夾雜物191

1123二次氧化夾雜物193

1124偏析夾雜物193

1125焊縫中的夾雜物195

思考與練習196

第12章縮孔與縮松197

121金屬收縮的概念197

1211液態收縮197

1212凝固收縮198

1213固態收縮199

1214鑄件的收縮200

122縮孔與縮松的形成機理200

1221縮孔的形成201

1222縮松的形成201

1223縮孔和縮松的相互轉化202

1224灰鑄鐵和球墨鑄鐵鑄件的縮孔和縮松203

123防止鑄件產生縮孔和縮松的途徑205

1231順序凝固205

1232同時凝固206

1233澆注系統的引入位置及澆注工藝207

1234冒口、補貼和冷鐵的應用207

1235加壓補縮207

思考與練習208

第13章熱裂紋209

131焊接熱裂紋209

1311結晶裂紋210

1312高溫液化裂紋213

1313多邊化液化裂紋215

132鑄件的熱裂及其影響鑄件熱裂紋的因素、防止措施216

1321鑄件的熱裂紋216

1322影響鑄件熱裂因素216

1323防止鑄件產生熱裂的途徑217

思考與練習218

第14章應力與變形、裂紋219

141內應力219

1411內應力的形成機理219

1412焊接件殘餘應力的分佈規律220

1413殘餘應力的防止及去除措施222

142焊接變形與焊接變形的控制與消除223

1421焊接殘餘變形223

1422焊接變形控制與消除224

143焊件冷裂紋226

1431焊接冷裂紋的分類及特徵226

1432冷裂紋的形成機理227

1433焊接冷裂紋的防止230

144鑄件的變形、冷裂及其控制與消除230

1441鑄件的變形230

1442鑄件的冷裂紋231

1443防止鑄件產生變形、冷裂的途徑231

思考與練習232

第四篇金屬塑性成形力學原理

第15章應力狀態分析233

151外力、內力與應力233

152斜面上的應力234

153主應力與主方向236

154最大剪應力與正八面體面應力238

155應力球張量與偏張量239

156平衡微分方程240

1561直角坐標系中的平衡方程240

1562平面極坐標系中的平衡微分方程242

思考與練習242

第16章應變狀態分析244

161幾何方程244

1611直角坐標系中的幾何方程244

1612其他正交坐標系中的幾何方程245

162主應變和任意方向的線應變246

1621任意方向的線應變246

1622主應變248

163主剪應變和應變張量的分解248

164應變率張量與應變增量張量250

1641應變率張量250

1642應變增量張量251

165應變協調方程251

思考與練習252

第17章彈性平面問題254

171彈性本構方程254

1711直角坐標系中的本構方程254

1712柱坐標系中的本構方程255

172彈性平面問題255

1721平面應力問題與平面應變問題255

1722艾雷應力函數256

1723逆解法與半逆解法257

173受均布載荷的簡支梁258

174平面問題的極坐標解答261

1741極坐標系中的應力函數與協調方程261

1742軸對稱問題的應力和位移262

175受均布壓力作用的圓環264

176薄板中圓孔附近的應力集中265

思考與練習268

第18章屈服準則與塑性本構關係269

181彈性與塑性269

1811彈性變形與塑性變形269

1812幾種簡化的本構模型269

182屈服準則270

1821屈服準則的概念270

1822特雷斯卡屈服準則271

1823米塞斯屈服準則272

183屈服準則的幾何描述273

1831平面應力狀態下的屈服軌跡273

1832三維主應力空間中的屈服曲面274

1833π平面上的屈服軌跡275

184屈服準則的實驗驗證275

1841羅德實驗275

1842泰勒和奎寧實驗276

1843兩個屈服準則作比較276

185塑性本構關係277

1851塑性變形的特點277

1852增量理論278

1853全量理論281

思考與練習282

第19章彈塑性問題分析實例283

191圓軸的彈塑性扭轉283

192梁的彈塑性彎曲284

1921純彎曲梁的彈塑性分析284

1922橫力彎曲梁的彈塑性分析285

1923殘餘應力的計算287

193厚壁筒的彈塑性分析287

1931厚壁筒的彈性分析287

1932厚壁筒的彈塑性分析288

1933厚壁筒的位移計算290

1934厚壁筒的殘餘應力計算290

思考與練習292

第20章塑性問題分析實例293

201主應力法及其應用293

2011受內拉塑性圓環問題293

2012平行模板間平面應變鐓粗294

2013平行模板間圓柱體鐓粗295

202滑移線場法及其應用297

2021滑移線場的概念297

2022滑移線場的性質298

2023幾種典型的滑移線場299

2024滑移線場確定極限載荷舉例300

203上限法及其應用302

2031動可容速度場302

2032變形體的虛功原理302

2033最大散逸功原理303

2034上限定理304

2035上限法應用實例305

思考與練習306

第五篇粉末成形原理

第21章粉末成形過程與原理308

211粉末的製取及性能308

2111粉末體及粉末性能308

2112粉末粒度及其測定308

2113粉末的比表面積309

212粉末壓製成型309

2121金屬粉末壓制過程309

2122影響壓制過程的因素309

213燒結311

2131燒結過程熱力學基礎311

2132燒結機構312

2133燒結裝置與燒結氣氛314

2134燒結體的性能314

214液相燒結316

2141液相燒結方法316

2142液相燒結條件與過程318

2143影響液相燒結的因素319

2144液相燒結的優缺點與應用321

附錄A指標符號與二階張量322

參考文獻326