绪论 1
一、材料成形的重要意义及主要方法 1
二、材料成形原理的研究对象及其发展概况 2
三、本课程的任务 6
第一篇 液态成形理论基础 8
第一章 液态金属的结构和性质 8
第一节 材料的固液转变 8
第二节 液态金属的结构与分析 11
一、液态金属的结构 11
二、液态金属结构的X射线衍射分析 12
第三节 液态金属的性质 13
一、液态金属的粘度 13
二、表面张力 15
第四节 半固态金属的流变性及表观粘度 20
习题 22
第二章 液态成形中的流动与传热 23
第一节 液体金属的流动性与充型能力 23
一、流动性与充型能力的基本概念 23
二、液态金属的停止流动机理 23
三、液态金属充型能力的计算 24
四、影响充型能力的因素及促进措施 26
第二节 凝固过程中的液体流动 29
一、凝固过程中液相区的液体流动 29
二、液体金属在枝晶间的流动 31
第三节 凝固过程中的热量传输 31
一、铸件凝固传热的数学模型 31
二、凝固潜热的处理 33
三、铸件凝固温度场的测量 34
第四节 铸件的凝固时间 36
一、理论计算法 36
二、经验计算法——平方根定律 37
习题 38
第三章 液态金属的凝固形核及生长方式 39
第一节 凝固的热力学条件 39
第二节 均质形核与异质形核 40
一、均质形核 41
二、均质形核速率 41
三、异质形核 42
四、异质形核速率 44
第三节 纯金属晶体的长大方式 45
一、晶体宏观长大方式 45
二、固-液界面的微观结构 46
三、晶体的生长机理及生长速率 49
习题 51
第四章 单相合金与多相合金的凝固 52
第一节 单相合金的凝固 52
一、固-液界面前沿的溶质再分配现象 52
二、平衡凝固时的溶质再分配 53
三、近平衡凝固时的溶质再分配 54
四、成分过冷 59
五、“成分过冷”对单相合金凝固过程的影响 62
第二节 共晶合金的凝固 66
一、共晶组织的特点和共晶合金的分类 66
二、共晶合金的结晶方式 67
三、规则共晶凝固 69
四、非规则共晶凝固 72
第三节 偏晶合金与包晶合金的凝固 74
一、偏晶合金的凝固 74
二、包晶合金的凝固 76
第四节 对流对凝固组织的影响及半固态金属的凝固 77
一、对流对凝固组织的影响 77
二、金属的半固态非枝晶组织与凝固机理 77
第五节 金属基复合材料的凝固 80
一、金属基人工复合材料的凝固 81
二、自生复合材料的凝固 83
习题 86
第五章 铸件凝固组织的形成与控制 87
第一节 铸件宏观凝固组织的特征及形成机理 87
一、铸件宏观凝固组织的特征 87
二、铸件宏观凝固组织的形成机理 88
第二节 铸件宏观凝固组织的控制 91
一、铸件宏观组织对铸件性能的影响 91
二、铸件宏观组织的控制途径和措施 91
第三节 气孔与夹杂的形成机理及控制 95
一、气孔 95
二、夹杂物 100
第四节 缩孔与缩松的形成原理 104
一、金属的收缩 104
二、缩孔与缩松的分类及特征 107
三、缩孔与缩松的形成机理 108
四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 111
第五节 化学成分的偏析 113
一、微观偏析 114
二、宏观偏析 115
第六节 变形与裂纹 118
一、铸件应力的基本概念 118
二、铸件的变形和冷裂 118
三、热裂 120
习题 121
第六章 特殊条件下的凝固 123
第一节 快速凝固 123
一、快速凝固基本原理 123
二、急冷凝固技术及特点 123
三、快速凝固晶态合金的组织和性能特征 126
四、快速凝固非晶态材料的性能特征 126
第二节 定向凝固 127
一、定向凝固工艺参数 127
二、常用定向凝固方法 129
三、定向凝固技术的应用 129
第三节 非重力凝固 132
一、微重力凝固 132
二、超重力凝固 134
习题 135
第二篇 连接成形理论基础 136
第七章 焊缝及其热影响区的组织和性能 136
第一节 焊接及其冶金特点 136
一、焊接 136
二、熔焊焊接接头的形成及其冶金过程 137
三、焊接温度场 139
第二节 焊缝金属的组织与性能 142
一、焊接熔池的结晶 142
二、焊缝金属的组织 149
三、焊缝金属性能的控制 152
第三节 焊接热影响区的组织与性能 152
一、焊接热影响区的热循环特点 152
二、焊接热影响区的组织转变特点 153
三、焊接热影响区的组织与性能变化 154
习题 157
第八章 成形过程的冶金反应原理 158
第一节 成形工艺中的冶金反应特点 158
一、液态成形的冶金反应特点 158
二、连接成形的冶金反应特点 158
第二节 液态金属与气体界面的反应 160
一、焊接区气体的来源 160
二、液态金属与气体的反应 162
第三节 液态金属与熔渣的反应 169
一、熔渣 169
二、熔渣的成分和分类 169
三、熔渣的物理性能 171
四、活性熔渣对金属的氧化 173
五、脱氧处理 174
六、金属中硫和磷的控制 176
第四节 合金化 178
一、合金化的目的 178
二、合金化的方式 178
三、合金化的效果 178
第五节 工艺条件对冶金反应的影响 179
习题 181
第九章 成形缺陷的产生机理及防止措施 182
第一节 内应力 182
一、内应力的形成 182
二、残余应力的分布 184
三、减小或消除焊接残余应力的途径 187
第二节 焊接变形 188
一、焊接变形的基本形式 188
二、影响变形的因素 188
三、防止或减少焊接变形的方法 189
第三节 裂纹 192
一、焊接裂纹的分类 193
二、热裂纹 194
三、冷裂纹 202
第四节 焊缝中的气孔与夹杂物 210
一、焊缝中的气孔 210
二、焊缝中的夹杂物 214
第五节 焊缝中的化学成分不均匀性 215
习题 216
第十章 特种连接成形原理与方法 217
第一节 超塑成形／扩散连接 217
一、新型材料的超塑成形 218
二、金属超塑成形／扩散连接 219
三、相变超塑性在焊接中的应用 221
第二节 扩散连接技术 222
一、扩散连接原理及特点 222
二、材料的扩散连接工艺 223
第三节 摩擦焊技术 225
第四节 微连接技术 226
一、倒装芯片法 227
二、印制电路板组装中的微连接技术 228
习题 232
第三篇 金属塑性加工力学基础 234
第十一章 应力与应变理论 234
第一节 应力空间 234
一、应力的概念 234
二、点的应力状态 236
三、张量和应力张量 238
四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面 240
五、主切应力和最大切应力 243
六、应力偏张量和应力球张量 245
七、八面体应力和等效应力 247
八、应力莫尔（Mohr）圆 248
九、应力平衡微分方程 250
第二节 应变空间 252
一、应变的概念 253
二、应变与位移的关系（小变形几何方程） 254
三、应变张量分析 256
四、应变协调方程 257
五、应变增量张量和应变速率张量 259
习题 260
第十二章 塑性与屈服准则 262
第一节 塑性 262
一、塑性的基本概念 262
二、塑性指标 262
第二节 屈服准则 263
一、屈服准则的一般概念 263
二、屈服准则的一般形式 264
三、屈服表面 264
四、Tresca屈服准则 265
五、Mises屈服准则 266
六、屈服准则的几何表示 268
七、两个屈服准则的比较 270
八、应力硬化材料的屈服准则 273
习题 275
第十三章 本构方程 276
第一节 塑性变形时应力应变关系的特点 276
一、应力-应变关系的特点 276
二、等效应力-等效应变曲线 276
三、等效应力-等效应变曲线的简化模型 277
四、弹性应力应变关系 278
第二节 塑性变形的增量理论 278
一、Levy-Mises理论 279
二、Prandtl-Reuss理论 280
第三节 塑性变形的全量理论 280
习题 281
第十四章 金属塑性成形解析方法 283
第一节 塑性成形问题的解与简化 283
一、塑性成形问题解的概念 283
二、塑性成形问题的简化 283
三、边界条件 285
第二节 主应力法 286
一、主应力法的概念 286
二、长矩形板镦粗时的变形力和单位流动压力 287
三、圆柱体镦粗问题 288
习题 288
第四篇 塑料成型及粉末成形的理论基础第十五章 塑料成型的理论基础 290
第一节 塑料的基本性质 290
一、塑料的结构 290
二、塑料的基本物理性质 292
三、塑料的基本力学性质 293
四、塑料的流变性 294
五、聚合物熔体的粘性 294
第二节 注射过程及塑料熔体在型腔中的流动 295
一、注射工艺过程 295
二、塑料熔体在型腔中的流动 296
第三节 注射制品中的取向 299
第四节 注射制品中的残余应力 301
一、流动残余应力 301
二、热残余应力 302
第五节 塑料熔体的复杂流动现象与缺陷 303
一、翘曲 303
二、过度充填 304
三、快车道效应 304
四、注射速度的影响 305
五、潜流效应 305
六、熔接线与熔合线 306
七、凹痕 306
八、热引起的不稳定流动 306
习题 307
第十六章 粉末材料成形原理 308
第一节 粉末的制备与特性 308
一、粉末的制备方法 308
二、粉末的特性 309
第二节 粉末模压成形及注射成形 311
一、粉末的模压成形 311
二、粉末注射成形 314
第三节 粉末烧结过程原理 315
一、粉末烧结的基本类型 316
二、粉末烧结的扩散理论 316
三、烧结工艺与质量 321
习题 323
参考文献 324