0绪论 1
0.1材料液态成形技术 1
0.2材料连接成形技术 2
0.3材料塑性成形技术 3
0.4粉末成形技术 4
0.5本课程的性质与任务 4
0.6本课程与其他课程的联系与分工 5
第一篇 液态金属的凝固 6
第1章 液态金属的结构与性质 6
1.1固态金属的加热、膨胀及熔化 6
1.1.1原子间作用力的电子理论 6
1.1.2金属的加热膨胀 7
1.1.3金属的熔化 7
1.2液态金属的结构 8
1.2.1从物质熔化过程对液态金属结构的认识 8
1.2.2 X射线衍射对液态结构的研究 8
1.2.3理想液态金属结构 9
1.2.4实际金属和合金的液体结构 10
1.3液态合金的性质 11
1.3.1液态合金的表面张力 11
1.3.2液态合金的黏度 15
1.4液态金属的流动性与充型能力 16
1.4.1流动性与充型能力的基本概念 17
1.4.2影响液态金属充型能力的因素及铸造工艺中的促进措施 18
思考与练习 23
第2章 铸件的凝固 24
2.1铸件的温度场 24
2.1.1数学分析法 24
2.1.2数值计算方法 25
2.1.3铸件温度场的测定 29
2.1.4影响铸件温度场的因素 29
2.2铸件的凝固方式 31
2.2.1凝固动态曲线 31
2.2.2凝固区域及其结构 31
2.2.3铸件的凝固方式 32
2.2.4影响铸件凝固方式的因素 33
2.3铸件的凝固时间 34
2.3.1理论计算法 34
2.3.2经验计算法——平方根定律 34
思考与练习 36
第3章 液态金属结晶的基本原理 38
3.1生核过程 38
3.1.1液态金属结晶的热力学条件 38
3.1.2自发形核 39
3.1.3非自发形核 41
3.2晶体的长大 43
3.2.1晶体长大的动力学条件 43
3.2.2液-固界面自由能及界面的微观结构 44
3.2.3晶体的微观生长方式和速率 45
3.2.4晶体的生长方向和生长表面 47
3.3凝固过程中的质量传输 47
3.3.1溶质分配方程 47
3.3.2凝固传质过程的有关物理量 48
3.3.3稳定态扩散过程的一般性质 49
3.4单相合金的凝固 51
3.4.1溶质再分配现象的产生 51
3.4.2平衡凝固时的溶质再分配 51
3.4.3非平衡凝固时的溶质再分配 52
3.4.4成分过冷的产生 58
3.4.5界面前方过冷状态对凝固过程的影响 60
3.5共晶合金的凝固 65
3.5.1共晶组织的分类与特点 65
3.5.2规则共晶的凝固 66
3.5.3非小平面-小平面共晶合金的凝固 70
思考与练习 72
第4章 铸件宏观凝固组织的形成与控制 74
4.1铸件宏观凝固组织的形成及其影响因素 74
4.1.1铸件宏观凝固组织特征 74
4.1.2凝固过程中晶粒游离的产生 74
4.1.3表面细晶粒区的形成 76
4.1.4柱状晶区的形成 77
4.1.5内部等轴晶区的形成 77
4.2铸件宏观凝固组织的控制 78
4.2.1铸件凝固组织对铸件质量和性能的影响 78
4.2.2等轴晶组织的获得和细化 78
思考与练习 84
第5章 凝固新技术 85
5.1快速凝固 85
5.1.1快速凝固技术 85
5.1.2快速凝固的热力学及动力学 87
5.1.3快速凝固晶态合金的显微结构特征 89
5.1.4快速凝固的非晶态合金 89
5.2定向凝固 90
5.2.1定向凝固的理论基础 90
5.2.2单晶生长 92
5.2.3柱状晶的生长 93
5.3半固态金属的特性 94
5.3.1连续搅拌对半固态金属凝固的影响 94
5.3.2半固态铸造 95
第二篇 材料连接成形基础 97
第6章 焊接热过程 97
6.1焊接热过程的特点 97
6.2焊接热源 97
6.2.1单一热源 98
6.2.2复合热源 98
6.3焊接热效率 99
6.3.1焊接热效率及其影响因素 99
6.3.2焊接热效率的测试及计算方法 100
6.4焊件加热区的热能分布 102
6.5焊接温度场 104
6.5.1焊接温度场的分类 104
6.5.2影响温度场的因素 104
6.6焊接热过程计算 107
6.6.1解析法 108
6.6.2数值方法 110
6.7焊接热循环 111
6.7.1焊接热循环的特征参数 111
6.7.2焊接热循环参数的测试与计算 113
6.7.3多层焊热循环 114
思考与练习 116
第7章 焊接化学冶金 117
7.1焊接化学冶金的特点 117
7.1.1焊接过程对金属的保护 117
7.1.2冶金反应区 118
7.1.3冶金反应的影响因素 119
7.2气体对金属的作用 120
7.2.1气体的来源与组成 120
7.2.2气体对金属的作用 121
7.3焊接熔渣 125
7.3.1熔渣的作用 125
7.3.2熔渣的成分及结构理论 126
7.3.3熔渣的性能 127
7.4焊接过程中的化学反应 129
7.4.1氧化反应及脱氧 129
7.4.2合金化 134
7.4.3焊缝中硫、磷的控制 136
思考与练习 137
第8章 焊缝金属的组织和性能 138
8.1焊接熔池的形成及凝固 138
8.1.1熔池凝固的特点 138
8.1.2熔池凝固的一般规律 139
8.1.3熔池的结晶形态 141
8.2焊缝金属的组织 143
8.2.1焊缝金属的一次结晶组织 143
8.2.2焊缝金属的固态相变 143
8.3焊缝金属的强韧化 148
8.3.1焊缝金属的强韧化方式 148
8.3.2焊缝金属的强韧性匹配 151
8.4焊缝金属的性能控制 152
8.4.1焊接工艺 152
8.4.2变质处理 153
8.4.3振动结晶 153
8.4.4其他方法 154
思考与练习 154
第9章 焊接热影响区 156
9.1焊接热影响区的组织分布 156
9.2焊接热影响区的组织转变 158
9.2.1相变温度 159
9.2.2晶粒的长大 159
9.2.3焊接热影响区的组织转变 161
9.2.4焊接条件下的CCT图及其影响因素 162
9.3焊接热影响区性能 164
9.3.1焊接热影响区的力学性能 164
9.3.2焊接热影响区的硬度 165
9.3.3软化 166
9.3.4脆化 168
9.3.5焊接热影响区的韧性 170
9.4焊接热模拟技术 171
9.4.1焊接热模拟的原理及试验装置 171
9.4.2焊接热模拟技术的应用及局限性 172
思考与练习 174
第三篇 材料成形过程中缺陷的形成与控制 175
第10章 化学成分的不均匀性 175
10.1微观偏析 175
10.1.1枝晶偏析 175
10.1.2晶界偏析 176
10.1.3胞状偏析 177
10.2宏观偏析 177
10.2.1晶间液体的流动对宏观偏析的影响 177
10.2.2正常偏析 179
10.2.3逆偏析 180
10.2.4 V形偏析和逆V形偏析 180
10.2.5带状偏析 181
10.2.6重力偏析 181
10.3焊接接头的化学成分不均匀性 182
10.3.1焊缝中的化学成分不均匀性 182
10.3.2熔合区的化学成分不均匀性 183
思考与练习 183
第11章 气孔与夹杂物 184
11.1气孔 184
11.1.1气体的析出与气泡的形成 184
11.1.2析出性气孔的形成及防止措施 185
11.1.3反应性气孔的形成及防止措施 187
11.1.4焊缝中的气孔 188
11.2非金属夹杂物 190
11.2.1夹杂物的来源和分类 190
11.2.2一次非金属夹杂物 191
11.2.3二次氧化夹杂物 193
11.2.4偏析夹杂物 193
11.2.5焊缝中的夹杂物 195
思考与练习 196
第12章 缩孔与缩松 197
12.1金属收缩的概念 197
12.1.1液态收缩 197
12.1.2凝固收缩 198
12.1.3固态收缩 199
12.1.4铸件的收缩 200
12.2缩孔与缩松的形成机理 200
12.2.1缩孔的形成 201
12.2.2缩松的形成 201
12.2.3缩孔和缩松的相互转化 202
12.2.4灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松 203
12.3防止铸件产生缩孔和缩松的途径 205
12.3.1顺序凝固 205
12.3.2同时凝固 206
12.3.3浇注系统的引入位置及浇注工艺 207
12.3.4冒口、补贴和冷铁的应用 207
12.3.5加压补缩 207
思考与练习 208
第13章 热裂纹 209
13.1焊接热裂纹 209
13.1.1结晶裂纹 210
13.1.2高温液化裂纹 213
13.1.3多边化液化裂纹 215
13.2铸件的热裂及其影响铸件热裂纹的因素、防止措施 216
13.2.1铸件的热裂纹 216
13.2.2影响铸件热裂因素 216
13.2.3防止铸件产生热裂的途径 217
思考与练习 218
第14章 应力与变形、裂纹 219
14.1内应力 219
14.1.1内应力的形成机理 219
14.1.2焊接件残余应力的分布规律 220
14.1.3残余应力的防止及去除措施 222
14.2焊接变形与焊接变形的控制与消除 223
14.2.1焊接残余变形 223
14.2.2焊接变形控制与消除 224
14.3焊件冷裂纹 226
14.3.1焊接冷裂纹的分类及特征 226
14.3.2冷裂纹的形成机理 227
14.3.3焊接冷裂纹的防止 230
14.4铸件的变形、冷裂及其控制与消除 230
14.4.1铸件的变形 230
14.4.2铸件的冷裂纹 231
14.4.3防止铸件产生变形、冷裂的途径 231
思考与练习 232
第四篇 金属塑性成形力学原理 233
第15章 应力状态分析 233
15.1外力、内力与应力 233
15.2斜面上的应力 234
15.3主应力与主方向 236
15.4最大剪应力与正八面体面应力 238
15.5应力球张量与偏张量 239
15.6平衡微分方程 240
15.6.1直角坐标系中的平衡方程 240
15.6.2平面极坐标系中的平衡微分方程 242
思考与练习 242
第16章 应变状态分析 244
16.1几何方程 244
16.1.1直角坐标系中的几何方程 244
16.1.2其他正交坐标系中的几何方程 245
16.2主应变和任意方向的线应变 246
16.2.1任意方向的线应变 246
16.2.2主应变 248
16.3主剪应变和应变张量的分解 248
16.4应变率张量与应变增量张量 250
16.4.1应变率张量 250
16.4.2应变增量张量 251
16.5应变协调方程 251
思考与练习 252
第17章 弹性平面问题 254
17.1弹性本构方程 254
17.1.1直角坐标系中的本构方程 254
17.1.2柱坐标系中的本构方程 255
17.2弹性平面问题 255
17.2.1平面应力问题与平面应变问题 255
17.2.2艾雷应力函数 256
17.2.3逆解法与半逆解法 257
17.3受均布载荷的简支梁 258
17.4平面问题的极坐标解答 261
17.4.1极坐标系中的应力函数与协调方程 261
17.4.2轴对称问题的应力和位移 262
17.5受均布压力作用的圆环 264
17.6薄板中圆孔附近的应力集中 265
思考与练习 268
第18章 屈服准则与塑性本构关系 269
18.1弹性与塑性 269
18.1.1弹性变形与塑性变形 269
18.1.2几种简化的本构模型 269
18.2屈服准则 270
18.2.1屈服准则的概念 270
18.2.2特雷斯卡屈服准则 271
18.2.3米塞斯屈服准则 272
18.3屈服准则的几何描述 273
18.3.1平面应力状态下的屈服轨迹 273
18.3.2三维主应力空间中的屈服曲面 274
18.3.3π平面上的屈服轨迹 275
18.4屈服准则的实验验证 275
18.4.1罗德实验 275
18.4.2泰勒和奎宁实验 276
18.4.3两个屈服准则作比较 276
18.5塑性本构关系 277
18.5.1塑性变形的特点 277
18.5.2增量理论 278
18.5.3全量理论 281
思考与练习 282
第19章 弹塑性问题分析实例 283
19.1圆轴的弹塑性扭转 283
19.2梁的弹塑性弯曲 284
19.2.1纯弯曲梁的弹塑性分析 284
19.2.2横力弯曲梁的弹塑性分析 285
19.2.3残余应力的计算 287
19.3厚壁筒的弹塑性分析 287
19.3.1厚壁筒的弹性分析 287
19.3.2厚壁筒的弹塑性分析 288
19.3.3厚壁筒的位移计算 290
19.3.4厚壁筒的残余应力计算 290
思考与练习 292
第20章 塑性问题分析实例 293
20.1主应力法及其应用 293
20.1.1受内拉塑性圆环问题 293
20.1.2平行模板间平面应变镦粗 294
20.1.3平行模板间圆柱体镦粗 295
20.2滑移线场法及其应用 297
20.2.1滑移线场的概念 297
20.2.2滑移线场的性质 298
20.2.3几种典型的滑移线场 299
20.2.4滑移线场确定极限载荷举例 300
20.3上限法及其应用 302
20.3.1动可容速度场 302
20.3.2变形体的虚功原理 302
20.3.3最大散逸功原理 303
20.3.4上限定理 304
20.3.5上限法应用实例 305
思考与练习 306
第五篇 粉末成形原理 308
第21章 粉末成形过程与原理 308
21.1粉末的制取及性能 308
21.1.1粉末体及粉末性能 308
21.1.2粉末粒度及其测定 308
21.1.3粉末的比表面积 309
21.2粉末压制成型 309
21.2.1金属粉末压制过程 309
21.2.2影响压制过程的因素 309
21.3烧结 311
21.3.1烧结过程热力学基础 311
21.3.2烧结机构 312
21.3.3烧结装置与烧结气氛 314
21.3.4烧结体的性能 314
21.4液相烧结 316
21.4.1液相烧结方法 316
21.4.2液相烧结条件与过程 318
21.4.3影响液相烧结的因素 319
21.4.4液相烧结的优缺点与应用 321
附录A指标符号与二阶张量 322
参考文献 326