金属材料固-液成形理论与技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1金属材料加工分类 1

1.1.1枝晶材料固-液态加工 2

1.1.2非枝晶材料半固态加工 5

1.2金属材料加工链 12

1.2.1固-液成形技术的工艺构成 12

1.2.2金属材料成形发展路线 12

1.2.3金属材料加工链的生成 14

1.2.4金属加工链的物理意义 14

1.3金属材料固-液成形技术理论框架 15

1.3.1理论框架 15

1.3.2三个科学问题 15

1.3.3一个典型过程 17

1.3.4成形制件质量控制 17

1.4历史与展望 18

1.4.1发展历史 18

1.4.2发展趋势与展望 20

参考文献 22

第一篇 固-液态金属流变学 25

第2章 固-液态金属流变学基础 25

2.1固-液态金属流变学类型 25

2.1.1牛顿型流动 25

2.1.2非牛顿型流动 27

2.1.3广义牛顿型流体 28

2.1.4依时性非牛顿型流体 30

2.1.5胡克弹性体的弹性流动 31

2.1.6圣维南体的塑性流动 32

2.1.7简单的流变模型 33

2.2网络结构模型 34

2.2.1物质内部结构的网络特征 34

2.2.2网络形成熵 39

2.3基本方程组 40

2.3.1连续性方程——质量守恒定律 40

2.3.2动量方程——动量守恒定律 42

2.3.3能量方程——能量守恒定律 43

2.3.4热力学方程 44

2.4本构方程 45

2.4.1牛顿型流体的本构方程 45

2.4.2广义牛顿型流体的本构方程 46

参考文献 47

第3章 两种结构的固-液态金属流变学行为及触变特性 48

3.1枝晶结构固-液态金属流变学 48

3.1.1枝晶结构组织特征 48

3.1.2液态模锻下“补缩”流变学行为 49

3.1.3热裂纹形成的流变学行为 49

3.2非枝晶结构固-液态金属流变学 50

3.2.1半固态金属加工流动模型 51

3.2.2半固态金属流变学行为 52

3.3触变行为 58

3.4高固相体积分数半固态ZK60-RE触变行为研究 61

3.4.1影响因素分析 61

3.4.2半固态合金触变行为的微观机制 70

3.4.3高固相体积分数半固态等温压缩过程固-液相变化机制 71

3.5网络结构与触变行为 74

3.5.1低固相体积分数下网络结构与触变流动 74

3.5.2高固相体积分数下网络结构与触变流动 75

3.5.3耗散理论解释破坏与重建 75

参考文献 77

第4章 流变学在固-液态金属加工中的应用 78

4.1流变学在枝晶结构固-液态加工中的应用 78

4.1.1引言 78

4.1.2铸造合金的流变性能 78

4.1.3压铸充型中的流变学问题 80

4.1.4缩松形成的流变学行为 81

4.2流变学在半固态金属加工中的应用 82

4.2.1剪切应力场生成 82

4.2.2半固态金属模锻成形 83

4.2.3半固态金属压铸成形 90

4.2.4半固态金属射注成形 103

参考文献 107

第二篇 金属材料高压凝固学 111

第5章 高压凝固过程的传热 111

5.1常压下凝固过程传热特点 111

5.1.1热量传输 111

5.1.2两界面呈动态迁移 112

5.1.3“三传”耦合 113

5.2高压下金属凝固过程的传热特点 113

5.3金属固-液压力加工模具温度场 115

5.3.1液态模锻下模具温度场 115

5.3.2液态挤压下模具温度场 120

5.4液态模锻下熔体的温度场 124

5.4.1液态模锻下熔体温度场的试验测定 124

5.4.2压力下熔体全温度场 125

参考文献 127

第6章 高压凝固下的质量传输及成分过冷 128

6.1常压下金属凝固过程的传质 128

6.1.1完全平衡凝固条件下的溶质再分布 128

6.1.2凝固时液相中只有扩散的溶质再分布 129

6.1.3液相中完全混合的溶质再分布 131

6.1.4液相中部分混合（有对流作用）的溶质再分布 132

6.2常压下形成成分过冷的条件 134

6.3成分过冷的过冷度 136

6.4常压下界面稳定性与晶体形态 137

6.4.1纯金属的晶体形态 137

6.4.2成分过冷对合金晶体外貌的影响 137

6.4.3胞晶组织的形成 139

6.5液态模锻在高压下的成分过冷 140

6.5.1合金本身的因素 140

6.5.2工艺因素 141

6.6液态模锻高压下“结构效应” 142

6.7偏析 144

6.7.1偏析的基本特征 144

6.7.2显微偏析 145

6.7.3宏观偏析 146

6.7.4液态模锻高压下压力对显微偏析的影响 148

6.7.5液态模锻高压下压力对宏观偏析的影响 149

6.8液态模锻下压力对晶体长大中形成的结构缺陷的影响 153

6.8.1空位的形成 153

6.8.2位错的形成 153

6.8.3压力对晶格空位和位错的影响 154

6.9液态模锻下压力对气体析出过程的影响 154

6.9.1气体在金属中的溶解度 155

6.9.2气泡的形成 156

6.9.3压力对气体析出过程的影响 156

参考文献 158

第7章 高压凝固热力学 159

7.1固-液金属结构 159

7.2高压凝固三种热力学模型 160

7.2.1绝热压缩型 160

7.2.2等温压缩型 161

7.2.3混合压缩型 162

7.3高压凝固下金属和合金的热物理参数 163

7.3.1熔化温度 163

7.3.2热导率 164

7.3.3密度 165

7.3.4结晶潜热和比热容 166

7.4高压凝固下合金相图的特点 166

7.4.1铁-碳相图 167

7.4.2铝-硅状态图 170

参考文献 171

第8章 高压凝固下的固化机制 172

8.1高压凝固形核条件与特点 172

8.1.1凝固时体收缩金属的热力学条件 172

8.1.2凝固时体膨胀的金属和合金的热力学条件 173

8.2高压凝固下金属和合金凝固的动力学条件 173

8.2.1形核率 174

8.2.2长大线速率 178

8.2.3压力与动力学条件的关系 180

8.3压力作用下合金的石墨化 181

参考文献 186

第9章 高压下金属液的凝固过程 187

9.1高压下金属液的动态凝固过程 187

9.1.1浇注时的机械冲刷 187

9.1.2金属液内的自然对流 188

9.1.3异形冲头作用下金属液的反向流动 191

9.1.4硬壳层塑性变形时的金属液流动 191

9.1.5选择结晶产生的低熔点物质流动 192

9.2高压下金属液的凝固方式 192

9.2.1大气压下的低碳钢凝固方式 192

9.2.2高压凝固时温度场的分布 193

9.2.3高压凝固时金属液凝固的特点 194

9.2.4高压下低碳钢的凝固方式 195

9.3高压凝固下的收缩过程 197

9.3.1压力对收缩过程的影响 197

9.3.2液态模锻件的收缩特征 198

9.4高压下的凝固时间及方程 203

9.4.1理论公式的推导 203

9.4.2液态模锻凝固时间方程 204

9.4.3高压凝固时间的试验测定 207

参考文献 209

第三篇 金属材料固－液塑性力学 213

第10章 枝晶态固-液塑性力学 213

10.1液态模锻下固-液塑性变形 213

10.1.1两种力学模型 213

10.1.2塑性变形机制分析 214

10.1.3液态模锻下塑性变形力学解析解 222

10.2液态挤压下的固-液塑性变形 229

10.2.1固-液挤压过程建立要素 230

10.2.2各要素的协调关系 240

10.3液态浸渗后直接挤压 240

10.3.1液态浸渗过程的研究 240

10.3.2液态浸渗后直接挤压工艺的研究 244

参考文献 252

第11章 球晶结构固-液态金属（半固态）塑性力学 253

11.1不同固相体积分数下的本构方程 253

11.2触变强度 254

11.3高固相体积分数SiCp/2024复合材料的本构模型 259

11.4半固态塑性变形机制 268

参考文献 269

第四篇 金属材料固-液成形学 273

第12章 液态模锻 273

12.1液态模锻工艺特点及适用范围 273

12.1.1工艺方法分类 273

12.1.2工艺特点 276

12.1.3工艺适应范围 276

12.2液态模锻模具、工艺及设备 277

12.2.1液态模锻模具设计 277

12.2.2液态模锻设备 286

12.2.3液态模锻工艺参数 293

12.3液态模锻件组织性能 295

12.3.1组织与性能 295

12.3.2性能与组织关系 302

参考文献 302

第13章 液态挤压 303

13.1管、棒、型材液态挤压 303

13.1.1管材液态挤压 303

13.1.2型材液态挤压 311

13.1.3线、棒材液态挤压 312

13.2液态挤压强韧化 314

13.2.1锌基合金液态挤压强韧化 314

13.2.2 ZL108铝合金液态挤压强韧化 327

13.3液态挤压过程模拟 333

13.3.1程序设计及参数选取 333

13.3.2模拟结果 335

参考文献 339

第14章 半固态成形 340

14.1工艺特点及应用范围 340

14.1.1半固态成形的特点 341

14.1.2半固态成形的适用范围 342

14.2半固态成形用材料及其制备方法 342

14.2.1半固态成形用材料 342

14.2.2半固态成形用材料的制备方法 345

14.3非枝晶组织及形成机制 352

14.3.1非枝晶组织特征 352

14.3.2搅拌过程中微观组织的形成与演化 354

14.3.3非枝晶形成机制 356

14.4金属在半固态等温热处理过程中的组织演化 359

14.5半固态金属坯料重熔（二次加热） 360

14.6半固态成形技术 362

14.6.1半固态压铸 362

14.6.2半固态触变模锻 365

14.6.3触变注射成形 367

参考文献 368

第15章 双控（控形、控性）成形 369

15.1双控成形工艺简介 369

15.2双控成形技术分析及工艺参数 371

15.2.1双控生产中的合金液充型过程分析 371

15.2.2双控生产中的锻造过程分析 373

15.2.3双控成形工艺参数 374

15.3双控成形模具设计 376

15.4双控成形设备 377

15.5双控成形生产 378

15.6摩托车发动机镁合金外壳双控成形 379

15.7摩托车镁合金轮毂双控成形 382

15.7.1引言 382

15.7.2镁合金卧式铸锻双控成形机及工艺过程 383

15.7.3摩托车轮毂双控成形模具设计 384

15.7.4镁合金摩托车轮毂铸锻双控成形性分析 388

参考文献 399

第五篇 工程应用学及质量控制 403

第16章 钢质液态模锻 403

16.1钢质液态模锻生产 403

16.1.1模具准备 403

16.1.2操作要点 404

16.1.3钢质液态模锻件的检验 406

16.2实际应用 407

16.2.1钢平法兰 407

16.2.2钢质杯形件 414

参考文献 432

第17章 有色金属液态模锻 433

17.1铝合金件液态模锻生产实例 433

17.1.1汽车铝轮毂 433

17.1.2摩托车铝轮毂 436

17.1.3铝合金薄壁板件液态模锻 439

17.2铜合金件的生产实例 440

17.2.1滑块壳体液态模锻 440

17.2.2黄铜阀体 442

17.3锌合金液态模锻 444

17.3.1增氧机锌合金涡轮 444

17.3.2锌合金齿轮 445

17.4镁合金液态模锻 446

17.4.1镁合金轴筒 446

17.4.2镁合金壳体 448

参考文献 450

第18章 半固态成形工艺应用 451

18.1半固态成形工艺应用现状及前景分析 451

18.1.1流变成形应用 451

18.1.2触变成形应用 456

18.2铝合金半固态成形 459

18.2.1在汽车领域应用 459

18.2.2在非汽车领域中应用 465

18.3镁合金半固态成形 466

18.4高熔点合金半固态成形 469

参考文献 471

第19章 金属基复合材料固-液成形工艺 472

19.1固-液模锻工艺 472

19.1.1关键技术 473

19.1.2典型复合材料液态模锻件成形与组织性能 479

19.1.3应用实例 487

19.2液态浸渗后直接挤压Al2 O3sf/Al复合材料组织与性能研究 495

19.2.1 Al2O3sf/Al复合材料组织研究 495

19.2.2 Al2O3sf/Al复合材料界面研究 498

19.2.3 Al2O3sf/Al复合材料性能研究 502

19.3金属基复合材料半固态成形 505

19.3.1引言 505

19.3.2基本原理 505

19.3.3金属基复合材料半固态坯（浆）料制备方法 506

19.3.4电磁搅拌制备颗粒增强金属基复合材料 507

19.3.5碳化物颗粒/Cu复合材料半固态制备 514

19.3.6应用实例 516

参考文献 522

第20章 金属材料固-液成形质量及控制 524

20.1液态模锻缺陷形成及对策 524

20.2液态挤压缺陷形成及控制 528

20.2.1液态挤压缺陷分析 528

20.2.2影响制件质量的主要因素 531

20.3半固态铸造的缺陷分析 533

20.4金属基复合材料固-液成形质量分析 534

参考文献 534