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目录 1

1 金属材料的性能 1

1.1 金属材料的力学性能 1

1.1.1 强度 1

1 1.2 塑性 2

1.1.3 硬度 3

1.1.4 冲击韧性 4

1.1.5 刚度 4

1.2 金属材料的物理性能和化学性能 5

1.2.1 金属材料的物理性能 5

1.3.1 焊接性能 6

1.3 金属材料的工艺性能 6

1.2.2 金属材料的化学性能 6

1.3.2 淬透性 7

1.3.3 加工性 7

1.3.4 铸造性能 8

复习思考题 8

2 金属的晶体结构和结晶 9

2.1 金属的晶体结构 9

2.1.1 晶体结构的基本知识 9

2.1.2 常见金属的晶体结构 10

2.1.3 晶面指数和晶向指数 11

2.2.2 单晶体和多晶体 12

2.2 纯金属的内部结构 12

2.2.1 纯金属的显微组织 12

2.3 金属的结晶 13

2.3.1 金属结晶的基本规律 13

2.3.2 结晶的一般过程及其实质 13

2.3.3 晶核的形成与长大方式 14

2.4 金属的铸态组织 15

2.4.1 金属铸态晶粒大小及其控制 15

2.4.2 铸锭的组织 15

2.5.2 合金的固态相 17

2.5.1 合金概念 17

2.5 合金的固态相与合金组织 17

2.4.3 铸锭组织的缺陷 17

2.5.3 合金的组织 18

2.6 合金状态图和合金的结晶 18

2.6.1 合金状态图 18

2.6.2 合金的结晶 19

2.7 典型二元合金相图 20

2.7.1 匀晶相图 20

2.7.2 共晶相图 22

2.7.3 包晶相图 26

2.7.4 具有稳定化合物的二元相图 26

2.8.1 力学性能与相图的关系 27

2.8.2 合金铸造性能与相图的关系 27

2.8 相图与合金性能的关系 27

复习思考题 28

3 铁碳合金 29

3.1 金属的同素异构转变 29

3.2 铁碳合金状态图 30

3.2.1 铁碳合金的基本相 30

3.2.2 铁碳合金状态图的分析 31

3.2.3 铁碳合金的分类 33

3.3 典型铁碳合金的结晶过程 33

3.3.1 共析钢 34

3.3.2 亚共析钢 34

3.3.3 过共析钢 35

3.3.4 共晶白口铸铁 36

3.3.5 亚共晶白口铸铁 37

3.3.6 过共晶白口铸铁 37

3.4 碳对铁碳合金组织及其性能的影响 38

3.4.1 碳对铁碳合金组织影响 38

3.4.2 碳对铁碳合金性能的影响 39

3.4.3 铁碳合金状态图的应用 39

3.5 碳素钢 40

3.5.1 常存杂质对钢性能的影响 40

3.5.2 碳素钢的分类 41

3.5.3 碳素钢的牌号、性能及用途 42

复习思考题 47

4.1.2 单晶体的塑性变形 49

4.1.1 金属的变形与断裂 49

4 金属的塑性变形与再结晶 49

4.1 金属的塑性变形 49

4.1.3 多晶体的塑性变形 50

4.1.4 合金的塑性变形 51

4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 52

4.2.1 金属组织的变化 52

4.2.2 金属性能的变化 54

4.2.3 冷塑性变形产生残余应力 55

4.3 回复与再结晶 57

4.3.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化 57

4.3.2 再结晶温度 58

4.3.3 再结晶晶粒的大小 59

4.4 热加工变形对组织与性能的影响 61

4.4.1 热加工的变形特点 61

4.4.2 金属组织性能的变化 62

复习思考题 63

5 钢的热处理 64

5.1 钢的热处理原理 64

5.1.1 钢在加热时的组织转变 64

5.1.2 钢在冷却时的组织转变 67

5.2 钢的退火与正火 75

5.2.1 钢的退火目的 75

5.2.2 退火工艺 75

5.2.3 钢的正火 79

5.3 钢的淬火与回火 80

5.3.1 淬火的目的 80

5.3.2 钢的淬透性和淬硬性 80

5.3.3 淬火工艺 81

5.3.4 淬火缺陷及其防止措施 86

5.4 钢的回火 90

5.4.1 回火的目的 90

5.4.2 淬火钢在回火时的组织转变 90

5.4.3 回火时力学性能的变化 91

5.5 钢的表面热处理 92

5.4.4 回火种类及应用 92

5.5.1 表面淬火 93

5.5.2 钢的化学热处理 94

5.6 控制轧制和控制冷却技术 94

5.6.1 概述 94

5.6.2 控制轧制的种类 95

5.6.3 轧制工艺参数的控制 96

复习思考题 100

6 合金钢 101

6.1 合金钢的分类及编号 101

6.1.1 合金钢的分类 101

6.1.2 合金钢的编号 101

6.2.1 合金元素对钢中基本相的影响 102

6.2 合金元素在钢中的作用 102

6.2.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 103

6.2.3 合金元素对钢热处理的影响 104

6.3 合金结构钢 106

6.3.1 普通低合金结构钢 106

6.3.2 合金渗碳钢 106

6.3.3 合金调质钢 107

6.3.4 合金弹簧钢 107

6.3.5 滚动轴承钢 108

6.4 合金工具钢 108

6.4.1 刃具钢 108

6.4.3 模具钢 110

6.4.2 量具钢 110

6.5 特殊性能钢 111

6.5.1 不锈耐酸钢 111

6.5.2 耐热钢 112

6.5.3 耐磨钢 112

6.5.4 电工硅钢 112

复习思考题 113

7 应力状态和塑性变形简介 114

7.1 塑性加工时所受的力 114

7.1.1 作用力 114

7.1.2 约束反力 115

7.2 原子间的作用力和能 115

7.3.2 应力 117

7.3.1 内力 117

7.3 内力、应力、应力集中 117

7.3.3 应力集中 118

7.4 应力状态及应力图示、变形图示 118

7.4.1 一般概念 118

7.4.2 应力图示 119

7.4.3 变形图示 123

复习思考题 126

8 塑性变形的基本定律 127

8.1 体积不变定律及其应用 127

8.1.1 体积不变定律 127

8.1.2 体积不变定律的应用 127

8.2 最小阻力定律及其应用 128

8.2.1 矩形六面体的镦粗 129

8.2.2 轧制生产中的情况 129

8.3 弹塑性共存定律及其实际意义 130

8.3.1 弹塑性共存定律 130

8.3.2 弹塑性共存定律在压力加工中的实际意义 131

8.4 极限状态理论 132

8.4.1 极限状态理论与塑性方程式 132

8.4.2 主应力差理论（Tresca屈服条件） 133

8.4.3 能量理论（Mises屈服条件） 134

8.4.4 例题 135

复习思考题 136

9.1.1 外摩擦的作用 137

9 金属塑性加工中的摩擦与润滑 137

9.1 外摩擦的作用与特征 137

9.1.2 外摩擦的特征 138

9.2 摩擦理论 139

9.2.1 塑性变形时的摩擦分类 139

9.2.2 干摩擦理论 140

9.3 影响外摩擦的因素 141

9.3.1 工具表面状态的影响 141

9.3.2 变形金属表面状态的影响 141

9.3.3 变形金属和工具化学成分的影响 142

9.3.4 变形温度的影响 142

9.3.6 冷却水的影响 143

9.3.5 变形速度的影响 143

9.4 热轧时的工艺润滑 144

9.4.1 轧制工艺润滑的目的 144

9.4.2 对工艺润滑剂的要求 144

9.4.3 工艺润滑剂的基本类型 145

9.4.4 热轧工艺润滑剂的应用 145

9.5 轧制时的摩擦系数 147

9.5.1 热轧时摩擦系数的计算 147

9.5.2 冷轧时摩擦系数的计算 148

复习思考题 148

10.1.2 金属塑性的测定方法 150

10.1.1 金属塑性的基本概念 150

10.1 金属塑性的概念及测定方法 150

10 金属的塑性与变形抗力 150

10.1.3 塑性图 153

10.2 影响塑性的因素及提高塑性的途径 154

10.2.1 金属的自然性质 154

10.2.2 变形温度对塑性的影响 155

10.2.3 变形速度对塑性的影响 156

10.2.4 变形力学条件对塑性的影响 157

10.2.5 其他因素对塑性的影响 159

10.3 变形抗力 160

10.3.1 变形抗力的概念 160

10.2.6 提高塑性的途径 160

10.3.2 测定方法 161

10.3.3 变形抗力的确定 162

10.4 影响变形抗力的因素 164

10.4.1 化学成分与组织结构的影响 164

10.4.2 变形温度的影响 165

10.4.3 变形速度的影响 166

10.4.4 变形程度的影响 166

10.4.5 应力状态的影响 167

10.4.6 其他因素的影响 167

10.5.2 选择最有利的变形方式 168

10.5.3 采用良好的润滑 168

10.5 降低变形抗力常用的工艺措施 168

10.5.1 合理选择变形温度和变形速度 168

10.5.4 减小工、模具与变形金属的接触面积 169

复习思考题 169

11 金属塑性变形时应力和变形的不均匀性 170

11.1 一般概念 170

11.1.1 均匀变形和不均匀变形 170

11.1.2 基本应力、附加应力、工作应力和残余应力 170

11.2 变形及应力不均匀分布的原因 171

11.2.1 接触面的外摩擦影响 171

11.2.2 变形区的几何因素（H/d）影响 171

11.2.3 工具和变形体的轮廓形状影响 172

11.2.5 金属本身性质的不均匀影响 173

11.2.4 变形体温度分布不均匀影响 173

11.2.6 变形物体的外端影响 174

11.2.7 变形物体内残余应力的影响 174

11.3 变形及应力不均匀分布的后果及克服措施 175

11.3.1 变形及应力不均匀分布的后果 175

11.3.2 减轻应力及变形不均匀分布的措施 176

11.3.3 不均匀变形的利用 177

11.4 残余应力 178

11.4.1 残余应力引起的后果 178

11.4.2 减轻或消除残余应力的措施 179

复习思考题 180

12.1.2 非简单轧制 181

12.1.1 简单轧制 181

12.1 简单轧制与非简单轧制 181

12 轧制的基本问题 181

12.2 变形区主要参数 182

12.2.1 变形区的概念 182

12.2.2 变形区主要参数的确定 182

12.3 轧制过程的三阶段 184

12.3.1 咬入阶段 184

12.3.2 稳定轧制阶段 184

12.4.2 相对变形量 185

12.4.1 绝对变形量 185

12.4 轧制变形的表示方法 185

12.3.3 甩出阶段 185

12.4.3 变形系数 186

12.4.4 总延伸系数、部分延伸系数与平均延伸系数 187

12.5 平均工作直径与平均压下量 188

12.5.1 平均工作直径 188

12.5.2 平均压下量 189

12.6 变形速度、轧制速度及其计算 189

12.6.1 变形速度及其计算 189

12.6.2 轧制速度及其计算 192

复习思考题 192

13.1.1 摩擦力、摩擦系数与摩擦角 193

13.1.2 咬着时的作用力分析 193

13.1 咬入条件 193

13 实现轧制过程的条件 193

13.1.3 轧辊咬入轧件的条件 194

13.1.4 孔型对咬入的影响 195

13.2 剩余摩擦力的产生及稳定轧制的条件 197

13.2.1 剩余摩擦力的产生 197

13.2.2 建立稳定轧制状态后的轧制条件 198

13.3 最大压下量的计算方法 199

13.3.1 按最大咬入角计算最大压下量 199

13.3.2 按摩擦系数计算最大压下量 199

13.3.3 型材轧制时的压下量 200

13.4.2 影响咬入的因素 201

13.4.1 轧辊直径D、压下量Ah和咬入角α三者之间的关系 201

13.4 影响咬入的因素及改善咬入的措施 201

13.4.3 改善咬入的措施 202

13.5 典型轧制情况 203

13.5.1 第一种轧制情况 203

13.5.2 第三种轧制情况 204

13.5.3 第二种轧制情况 206

13.6 轧制变形区的应力状态 207

13.6.1 工具形状和尺寸的影响 207

13.6.2 外摩擦的影响 210

13.6.3 变形方式的影响 211

13.6.4 相对接触面积的影响 211

复习思考题 212

14.1.3 宽展的种类 213

14.1.2 研究宽展的意义 213

14 轧制时金属的横变形——宽展 213

14.1 宽展的种类和组成 213

14.1.1 宽展的概念 213

14.1.4 宽展的组成 215

14.2 影响宽展的因素 217

14.2.1 压下量△h的影响 217

14.2.2 轧辊直径的影响 217

14.2.3 轧件宽度的影响 219

14.2.4 摩擦系数的影响 220

14.2.5 轧制道次的影响 221

14.2.6 张力对宽展的影响 221

14.3.1 孔型中轧制时沿轧件宽度的压下量不均匀 222

14.2.7 工具形状对宽展的影响 222

14.3 孔型中轧制时横变形的特点 222

14.3.2 轧件与轧辊接触的非同时性 223

14.3.3 孔型侧壁的侧向力作用 223

14.3.4 孔型中轧制时的速度差现象 224

14.4 宽展计算公式 225

复习思考题 227

15 轧制过程中的纵变形——前滑与后滑 229

15.1 轧制时的前滑和后滑 229

15.1.1 前滑的产生及表示方法 229

15.2 前滑的计算公式 230

15.1.2 研究前滑的意义 230

15.3 中性角的确定 231

15.4 前滑、后滑与纵横变形的关系 233

15.5 前滑的影响因素 235

15.5.1 轧辊直径的影响 236

15.5.2 摩擦系数的影响 236

15.5.3 相对压下量的影响 237

15.5.4 轧件厚度的影响 237

15.5.5 轧件宽度的影响 238

15.5.6 张力对前滑的影响 238

复习思考题 239

16.1 轧制压力的概念 241

16 金属对轧辊的压力 241

16.2 接触面积的确定 242

16.2.1 在平辊上轧制矩形断面轧件时的接触面积 242

16.2.2 在孔型中轧制时接触面积的确定 243

16.3 计算平均单位压力 244

16.3.1 采利柯夫公式 244

16.3.2 斯通公式 247

16.3.3 西姆斯公式 250

16.3.4 艾克隆德公式 251

16.3.5 计算平均单位压力的其他公式 252

16.4.2 轧件温度的影响 253

16.4.1 轧件材质的影响 253

16.3.6 按实验法确定轧制力 253

16.4 影响轧制压力的因素 253

16.4.3 变形速度的影响 254

16.4.4 外摩擦的影响 254

16.4.5 轧辊直径的影响 255

16.4.6 轧件宽度的影响 255

16.4.7 压下率的影响 255

16.4.8 前后张力的影响 256

复习思考题 256

17.1.1 简单轧制过程 258

17.1.2 单辊驱动的轧制过程 258

17.1 辊系受力分析与轧制力矩 258

17 轧制力矩 258

17.1.3 具有张力作用时的轧制过程 259

17.1.4 四辊轧机轧制过程 260

17.2 轧制时传递到主电机上的各种力矩 261

17.2.1 轧制时的功能消耗 261

17.2.2 轧制时的各种力矩 261

17.2.3 静力矩与轧制效率 261

17.3 各种力矩的计算 262

17.3.1 轧制力矩的计算 262

17.3.2 附加摩擦力矩的计算 265

17.3.4 动力矩的计算 267

17.3.3 空转力矩的计算 267

17.4 主电机容量校核 268

17.4.1 轧制图表与静力矩图 268

17.4.2 可逆式轧机的负荷图 269

17.4.3 主电机容量的核算 270

复习思考题 272

18 轧制时的弹塑性曲线 273

18.1 轧制时的弹性曲线 273

18.2 轧件的塑性曲线 275

18.3 轧制时的弹塑性曲线 276

18.4 轧制弹塑性曲线的实际意义 279

复习思考题 280

19.1.1 连轧的变形条件 281

19.1.2 连轧的运动学条件 281

19 连轧的基本理论 281

19.1 连轧的特殊规律 281

19.1.3 连轧的力学条件 282

19.2 连轧张力 282

19.2.1 连轧张力微分方程 282

19.2.2 张力公式 283

19.3 堆拉系数和堆拉率 284

19.3.1 前滑系数 284

19.3.2 堆拉系数和堆拉率计算 285

复习思考题 286

参考文献 287