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绪论 1

0.1热制造技术的特征及作用 1

0.2热制造技术的发展趋势 3

0.3热制造技术的科学基础 4

第1章 材料热力学基础 8

1.1热力学基本概念 8

1.1.1热力系统与状态 8

1.1.2热力过程及有关现象 9

1.2热力学第一定律 10

1.2.1热和功 10

1.2.2内能 11

1.2.3热力学第一定律概述 11

1.2.4焓与热容 12

1.3热力学第二定律 13

1.3.1可逆过程与不可逆过程 13

1.3.2热力学第二定律的表述 14

1.3.3熵与自由能 15

1.4物质的聚集态 18

1.4.1固体 18

1.4.2液体 20

1.4.3气体 24

1.4.4等离子体 25

1.5相变热力学分析 26

1.5.1相变热力学 26

1.5.2固-液相变 28

1.5.3固态相变 31

1.5.4相平衡与相律 31

1.6非平衡现象 32

1.6.1不可逆过程热力学 32

1.6.2耗散结构 33

1.6.3分岔与混沌 34

思考题 36

第2章 传输理论 37

2.1动量传输 37

2.1.1流体及其流动的基本概念 37

2.1.2流体动力学方程 45

2.1.3流体流动的能量守恒 50

2.2热量传输 51

2.2.1热量传输的基本概念 51

2.2.2固体中的热传导 53

2.2.3对流换热 59

2.2.4辐射换热 63

2.2.5强化传热 66

2.3质量传输 67

2.3.1质量传输基本概念 67

2.3.2扩散传质 71

2.3.3对流传质 73

思考题 75

第3章 热制造冶金理论 76

3.1熔池冶金反应 76

3.1.1液态金属与气体的反应 76

3.1.2液态金属与熔渣的反应 78

3.1.3非金属夹杂物及去除 80

3.1.4真空冶金 81

3.2液态金属的凝固 83

3.2.1纯金属的凝固 83

3.2.2单相合金的凝固 85

3.2.3共晶合金的凝固 91

3.3烧结过程 94

3.3.1烧结机理 94

3.3.2烧结中的传质 96

3.3.3晶粒生长与二次再结晶 97

3.3.4烧结工艺 98

3.4固态相变 101

3.4.1珠光体转变 101

3.4.2马氏体相变 102

3.4.3脱溶分解 103

3.5回复与再结晶 104

3.5.1回复动力学 104

3.5.2再结晶动力学 105

3.5.3晶粒的长大 106

3.5.4动态回复与再结晶 106

3.6强化机制 109

3.6.1固溶强化 109

3.6.2细晶强化 110

3.6.3析出强化 110

3.6.4位错强化 111

思考题 112

第4章 材料变形力学理论 113

4.1连续统力学基本概念 113

4.1.1变形与运动 113

4.1.2应力 118

4.1.3守恒定律 124

4.1.4连续统力学的边界条件和初始条件 125

4.1.5连续统力学求解方法 125

4.2材料本构方程 126

4.2.1固体弹塑性本构方程 126

4.2.2流体本构方程 135

4.2.3粘弹性与粘塑性本构模型 136

4.3热弹塑性分析 138

4.3.1热弹性问题 138

4.3.2热弹塑性问题 139

4.3.3热变形与应力的简化分析 141

4.4强瞬态热力效应 149

4.4.1高能束加工中的强瞬态问题 149

4.4.2强瞬态热力效应的温度方程与应力方程 150

4.4.3强瞬态热冲击行为 151

思考题 153

第5章 热制造工程原理 154

5.1热制造工艺模型 154

5.1.1热制造工艺类型 154

5.1.2热制造工艺过程描述 154

5.2材料状态 157

5.2.1热制造工艺过程与材料状态 157

5.2.2工件形态 157

5.2.3热制造过程材料流 159

5.3能量与热源 159

5.3.1热制造过程中的能量存在形式 160

5.3.2热制造系统的能量流 167

5.4热制造信息 169

5.4.1热制造信息表示 169

5.4.2热制造系统中的信息传递 170

5.4.3信息管理与数据库 170

5.5热制造数字化与快速工艺实现 171

5.5.1数字化建模 171

5.5.2快速原型 171

5.5.3快速工艺实现 174

5.6热制造工业对环境的影响 175

5.6.1工业废气 176

5.6.2工业废水 176

5.6.3固体废弃物 177

思考题 178

第6章 凝固成型原理 179

6.1金属铸造工艺基础 179

6.1.1液态金属的充型能力与流动性 179

6.1.2铸件的凝固 181

6.1.3铸件的冷却收缩和收缩缺陷 187

6.1.4铸造应力及铸件的变形 190

6.1.5铸件的裂纹及防止 194

6.1.6铸造合金的偏析和吸气性 196

6.2定向凝固与单晶生长 198

6.2.1定向凝固技术 198

6.2.2单晶体的制备 202

6.3非晶合金与快速凝固 203

6.3.1非晶合金的形成 203

6.3.2快速凝固技术 204

6.4半固态成型技术 207

6.4.1半固态金属的特性 207

6.4.2半固态金属坯料制备 209

6.4.3半固态合金成型方法 211

6.5玻璃的熔制成型 213

6.5.1玻璃的熔制与凝固 213

6.5.2玻璃的成型 214

6.5.3玻璃的热处理 214

6.6聚合物材料的熔融与成型 215

6.6.1聚集态结构 215

6.6.2聚合物的熔融与流变特性 216

6.6.3聚合物的挤出成型 220

6.7金属基复合材料的液相法成型 223

6.7.1挤压铸造法（液态渗透） 224

6.7.2液态金属浸渗法 224

6.7.3共喷射沉积 225

6.7.4自生复合材料 225

思考题 227

第7章 热塑性成型原理 228

7.1金属的塑性变形 228

7.1.1晶体的塑性变形 228

7.1.2多晶体金属塑性变形 231

7.1.3金属的热塑性变形 236

7.1.4热塑性变形对金属组织与性能的影响 244

7.2金属塑性成型性能与规律 245

7.2.1金属塑性成型性能 245

7.2.2金属塑性成型的基本规律 251

7.2.3金属塑性变形与应力分布的不均匀性 252

7.3金属塑性成型的变形与裂纹 254

7.3.1金属塑性成型的变形特点 254

7.3.2塑性加工过程的裂纹 259

7.4金属塑性变形力计算的工程法 262

7.4.1工程法的基本原理 262

7.4.2平面应变镦粗变形力分析 263

7.4.3轧制压力与轧辊的变形 267

7.5金属的超塑成型与蠕变时效成型 269

7.5.1金属的超塑成型 269

7.5.2蠕变时效成型 271

7.6摩擦挤压成型 276

7.6.1连续挤压技术 276

7.6.2摩擦挤压技术 277

思考题 279

第8章 焊接热力过程分析 280

8.1焊接基本原理 280

8.1.1焊接热源 280

8.1.2焊接传热分析 284

8.2焊接冶金 293

8.2.1焊接熔池 293

8.2.2金属熔化焊接时的结晶与相变 298

8.2.3焊接接头及特点 300

8.2.4焊接裂纹分析 303

8.3焊接应力与变形分析 313

8.3.1焊接应力 313

8.3.2焊接变形 322

8.4摩擦焊热力过程 332

8.4.1摩擦焊方法概述 332

8.4.2摩擦焊热力过程分析 334

思考题 340

第9章 热制造工艺数值模拟 341

9.1概述 341

9.1.1热制造工艺数值模拟的作用 341

9.1.2热制造工艺数值模拟技术及其发展趋势 342

9.1.3焊接热力过程中的非线性现象 344

9.2热制造数值模拟方法 347

9.2.1热制造工艺数值模拟方法与过程 347

9.2.2传热过程数值模拟 349

9.2.3弹塑性有限元方程 352

9.2.4热力耦合分析 353

9.3铸造过程数值模拟 354

9.3.1铸件温度场的数值模拟 354

9.3.2铸件充型过程的数值模拟 358

9.3.3铸件的凝固与微观组织模拟 358

9.3.4应力场的数值模拟 359

9.3.5铸造过程数值模拟软件系统 359

9.4塑性成型数值模拟技术 360

9.4.1塑性成型数值模拟原理与作用 360

9.4.2塑性成型有限元模拟方法 361

9.4.3锻造工艺模拟 365

9.5焊接过程数值模拟技术 368

9.5.1焊接过程数值模拟的基本问题 368

9.5.2焊接过程数值模拟的方法 369

9.5.3焊接组织模拟 376

9.5.4焊接应力与变形的模拟 377

思考题 382

参考文献 383