本書包含主要成形方法——液態(tài)成形、塑性成形、焊接成形、塑料注射成型及粉末成形的基本原理方面的內(nèi)容,同時引入了現(xiàn)代有關(guān)的新成果。
本書是《材料成形原理》(第2 版) 的修訂版, 于2012 年首批列入“十二五” 普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。本書也是普通高等教育“ 十一五” 國家級規(guī)劃教材,2008 年被教育部評為普通高等教育精品教材。“材料成形原理” 是材料成形及控制工程、材料加工工程專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程, 在本專業(yè)的教學(xué)過程中具有十分重要的地位。
本次修訂對教材的總體結(jié)構(gòu)并無大的變動, 但在各個章節(jié)進(jìn)行了較多的修改, 有的章節(jié)增加了部分內(nèi)容, 而有的章節(jié)的不合理編排被刪減。首先, 在教材內(nèi)容及編排方面略有調(diào)整的主要部分有: 將第一篇第四章中的“對流對凝固組織的影響及半固態(tài)金屬的凝固”
以及“金屬基復(fù)合材料的凝固” 兩節(jié)調(diào)整到了第六章“特殊條件下的凝固” 中; 第二篇第九章中增加了“再熱裂紋” 及“層狀撕裂” 的內(nèi)容; 因考慮到本課程的學(xué)時限制, 原第四篇第十六章“粉末材料成形原理” 被刪除。
其次, 去除了一些較老的知識或方法, 引入了一些新的方法及技術(shù)。例如: 第二章“第四節(jié) 鑄件的凝固時間” 被簡化, 增加了數(shù)值模擬的方法; 考慮到高壓鑄造及擠壓鑄造工藝的采用越來越多, 在第六章“特殊條件下的凝固” 中增加了“壓力下金屬的凝固”
一節(jié)等。
此外, 為便于自學(xué)及更好地理解課程內(nèi)容, 在第一、二篇部分地方增加了例題; 增加列入了一些名詞術(shù)語的英文單詞。
由于編者的水平所限, 此次修訂中也難免有不當(dāng)之處, 敬請讀者批評指正!編 者于武漢
本書列入“十二五” 普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材、普通高等教育“十一五”
國家級規(guī)劃教材, 2008 年被教育部評為普通高等教育精品教材, 其是為適應(yīng)教學(xué)改革需要, 為材料成形及控制工程、材料加工工程專業(yè)編寫的!安牧铣尚卧怼 是本專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程, 在本專業(yè)的教學(xué)過程中具有十分重要的地位。
在編寫本書的過程中, 從培養(yǎng)學(xué)生成為專業(yè)知識面寬、基礎(chǔ)扎實(shí)的人才目標(biāo)出發(fā), 體現(xiàn)以下的編寫思路及特點(diǎn): 以材料成形工藝的理論基礎(chǔ)為主線, 不敘述具體的成形工藝及方法, 而根據(jù)成形加工過程中材料所經(jīng)歷的狀態(tài), 分為液態(tài)凝固成形、固態(tài)塑性成形、連接成形、塑料注射成型及粉末成形等幾類, 討論材料在成形過程中的組織結(jié)構(gòu)、性能、形狀隨外在條件的不同而變化的規(guī)律。由于金屬材料仍然是使用量最大的材料之一, 所以本書以金屬的成形原理為主, 兼顧其他種類材料的成形, 如陶瓷及塑料的成形原理等。同時, 編寫中引入了近年的一些成形新技術(shù)。
本課程著重運(yùn)用所學(xué)的物理、化學(xué)等基礎(chǔ)理論, 以及傳熱學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)理論知識來闡明液態(tài)成形、塑性成形、連接成形和粉末成形等基本材料成形技術(shù)的內(nèi)在規(guī)律和物理本質(zhì), 突出共性, 同時也兼顧個性。在材料的成形加工過程中往往發(fā)生多種物理化學(xué)現(xiàn)象, 涉及物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移和變化, 因此《材料成形原理》的內(nèi)容主要涉及熱量傳輸、動量傳輸、質(zhì)量傳輸, 以及物理冶金、化學(xué)冶金、力學(xué)冶金等基礎(chǔ)理論和專門知識,并闡述這些現(xiàn)象的本質(zhì), 揭示變化的規(guī)律。學(xué)生學(xué)完本課程后, 可對材料成形過程及其基本原理有實(shí)質(zhì)性的、深入的理解, 為研究新型的材料成形技術(shù), 開發(fā)新型材料, 以及提高成形產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
全書分四篇共16 章。第一篇液態(tài)成形理論基礎(chǔ), 系統(tǒng)地講述了液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、液態(tài)成形中的流動與傳熱原理、液態(tài)金屬的凝固理論、鑄件凝固組織的控制及缺陷的防止等。第二篇連接成形理論基礎(chǔ), 在講述焊縫及其熱影響區(qū)的組織及性能的基礎(chǔ)上, 敘述了與多種成形工藝密切相關(guān)的化學(xué)冶金原理、冶金缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及防止措施, 以及特種連接成形原理及方法。第三篇金屬塑性加工力學(xué)基礎(chǔ), 系統(tǒng)地講述了應(yīng)力與應(yīng)變理論、屈服準(zhǔn)則、本構(gòu)方程及塑性成形解析方法。第四篇塑料成型及粉末成形的理論基礎(chǔ), 著重講述了塑料的基本性質(zhì)、塑料的流動充型特征、塑料制品中的取向、殘余應(yīng)力及缺陷, 以及粉末的特性、模壓成形及注射成形、粉末燒結(jié)過程原理。
Ⅴ 本書由華中科技大學(xué)吳樹森、柳玉起主編, 由吳樹森進(jìn)行全書的統(tǒng)稿。特別說明的是, 本書是華中科技大學(xué)等高校編寫, 陳平昌、朱六妹、李贊主編的《材料成形原理》的修訂版。新版的編寫分工如下: 緒論, 第一、二、十六章, 第四章的第四、五節(jié)由吳樹森編寫; 第三章及第四章的一、二、三節(jié)由蔡啟舟編寫; 第五、六章由魏伯康編寫;第七、九章由余圣甫編寫; 第八、十章由熊建鋼編寫; 第十一~ 十四章由柳玉起編寫; 第十五章由周華民編寫。
本書由清華大學(xué)熊守美教授、武漢理工大學(xué)華林教授主審。
由于編者的水平所限, 書中難免有不當(dāng)之處, 敬請讀者批評指正!
編 者于武漢
緒論 1
一、 材料成形的重要意義及主要方法 1
二、材料成形原理的研究對象及其發(fā)展
概況 2
三、 本課程的任務(wù) 7
第一篇 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)
第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 9
第一節(jié) 材料的固液轉(zhuǎn)變 9
第二節(jié) 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與分析 12
第三節(jié) 液態(tài)金屬的性質(zhì) 14
第四節(jié) 半固態(tài)金屬的流變性及表觀
黏度 22
習(xí)題 24
第二章 液態(tài)成形中的流動與傳熱 25
第一節(jié) 液態(tài)金屬的流動性與充型能力 25
第二節(jié) 凝固過程中的液體流動 32
第三節(jié) 凝固過程中的熱量傳輸 34
第四節(jié) 鑄件的凝固時間 39
習(xí)題 42
第三章 液態(tài)金屬的凝固形核及生長
方式 43
第一節(jié) 凝固的熱力學(xué)條件 43
第二節(jié) 均質(zhì)形核與異質(zhì)形核 44
第三節(jié) 純金屬晶體的長大方式 50
習(xí)題 56
第四章 單相合金與多相合金的
凝固 57
第一節(jié) 單相合金的凝固 57
第二節(jié) 共晶合金的凝固 72
第三節(jié) 偏晶合金與包晶合金的凝固 82
習(xí)題 85
第五章 鑄件凝固組織的形成與
控制 86
第一節(jié) 鑄件宏觀凝固組織的特征及形成
機(jī)理 86
第二節(jié) 鑄件宏觀凝固組織的控制 90
第三節(jié) 氣孔與夾雜的形成機(jī)理及控制 96
第四節(jié) 縮孔與縮松的形成原理 106
第五節(jié) 化學(xué)成分的偏析 116
第六節(jié) 變形與裂紋 120
習(xí)題 124
第六章 特殊條件下的凝固(凝固
新技術(shù)原理) 126
第一節(jié) 壓力下金屬的凝固 126
第二節(jié) 對流對凝固組織的影響及半固態(tài)
金屬的凝固 134
第三節(jié) 快速凝固 138
第四節(jié) 定向凝固 142
第五節(jié) 金屬基復(fù)合材料的凝固 148
習(xí)題 154
Ⅶ
第二篇 連接成形理論基礎(chǔ)
第七章 焊縫及其熱影響區(qū)的組織和
性能 155
第一節(jié) 焊接及其冶金特點(diǎn) 155
第二節(jié) 焊縫金屬的組織與性能 162
第三節(jié) 焊接熱影響區(qū)的組織與性能 174
習(xí)題 179
第八章 成形過程的冶金反應(yīng)原理 180
第一節(jié) 成形工藝中的冶金反應(yīng)特點(diǎn) 180
第二節(jié) 液態(tài)金屬與氣體界面的反應(yīng) 183
第三節(jié) 液態(tài)金屬與熔渣的反應(yīng) 192
第四節(jié) 焊縫金屬的合金化及成分控制 202
習(xí)題 207
第九章 焊接缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及防止
措施 209
第一節(jié) 內(nèi)應(yīng)力 209
第二節(jié) 焊接變形 217
第三節(jié) 裂紋 222
第四節(jié) 焊縫中的氣孔與夾雜物 256
第五節(jié) 焊縫中的化學(xué)成分不均勻性 260
習(xí)題 262
第十章 特種連接成形原理與方法 263
第一節(jié) 擴(kuò)散連接技術(shù) 263
第二節(jié) 摩擦焊技術(shù) 266
第三節(jié) 超塑成形/擴(kuò)散連接 268
第四節(jié) 微連接技術(shù) 270
習(xí)題 274
第三篇 金屬塑性加工力學(xué)基礎(chǔ)
第十一章 應(yīng)力與應(yīng)變理論 276
第一節(jié) 應(yīng)力空間 277
第二節(jié) 應(yīng)變空間 297
習(xí)題 305
第十二章 塑性與屈服準(zhǔn)則 307
第一節(jié) 塑性 307
第二節(jié) 屈服準(zhǔn)則 309
習(xí)題 321
第十三章 本構(gòu)方程 322
第一節(jié) 塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的
特點(diǎn) 322
第二節(jié) 塑性變形的增量理論 325
第三節(jié) 塑性變形的全量理論 327
習(xí)題 328
第十四章 金屬塑性成形解析方法 330
第一節(jié) 塑性成形問題的解與簡化 330
第二節(jié) 主應(yīng)力法 334
習(xí)題 336
第四篇 塑料成型理論基礎(chǔ)
第十五章 塑料的性質(zhì)及其注射
成型 338
第一節(jié) 塑料的基本性質(zhì) 338
第二節(jié) 注射過程及塑料熔體在型腔中的
流動 343
第三節(jié) 注射制品中的取向 347
第四節(jié) 注射制品中的殘余應(yīng)力 349
第五節(jié) 塑料熔體的復(fù)雜流動現(xiàn)象與
缺陷 352
習(xí)題 356
參考文獻(xiàn) 357