有色金属材料的控制加工 -中南大学出版社

有色金属材料的控制加工

【作者】：谢水生刘相华
【出版时间】：2013-12
【字数】：562（千字）
【定价】：￥128（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-1019-6
【页码】：（页）
【开本】：16开

本书分析和讨论了有色金属材料加工成形及工艺参数的控制，阐述了有色金属材料加工过程中的组织和性能控制。

全书分四部分17章：第一部分，即第1章为概述；第二部分由第2～10章组成，为有色金属材料的形状控制加工，分别阐述了有色金属材料的形状分类及控制加工方法、轧制(平轧)、挤压、拉伸（拔）、锻造、冲压、轧管、旋压和其他加工方法在加工成形有色金属材料时的变形特点及主要控制参数；第三部分由第11～15章组成，为有色金属材料的组织与性能控制，分别阐述了4种最常用有色金属铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁及镁合金的组织性能特点与加工成形中的主要控制参数；第四部分为第16、 17章，在简要介绍数值模拟技术的基础上，进一步阐述了数值模拟技术在有色金属加工过程中的应用。

本书可作为高等院校金属材料加工工程专业和材料成形与控制工程专业本科生、研究生的教学参考书，也可供材料科学与工程专业师生以及从事金属塑性加工工作的科技人员参考。

第1章概述 1
1.1 有色金属材料的基本特点 1
1.2 有色金属材料的基本要求 2
1.3 控制加工的意义 3
1.4 控制加工的主要方法 3
第一篇有色金属材料的形状控制加工
第2章有色金属材料的形状分类及控制加工方法 7
2.1 材料的形状与加工方法的关系 7
2.2 材料的形状特点及分类 8
2.2.1 板、带、箔材的形状特点及分类 8
2.2.2 管材的形状特点及分类 9
2.2.3 棒线线的形状特点及分类 10
2.2.4 型材的形状特点及分类 11
2.2.5 锻件的形状特点及分类 12
2.3 加工前坯料的制备 14
2.3.1 合金铸锭（坯）质量的要求 14
2.3.2 合金熔体的制备 15
2.3.3 坯料的铸造 16
第3章轧制(平轧) 30
3.1 轧制的基本原理及特点 30
3.1.1 轧制的基本特点 30
3.1.2 轧制过程的建立 31
3.1.3 轧制时的前滑与后滑 34
3.1.4 沿轧件断面高向的变形不均匀性 36
3.1.5 轧制件的横向变形（宽展） 38
3.2 轧制过程的变形指数及几何参数 39
3.2.1 轧制过程的变形指数 39
3.2.2 轧制变形区的几何参数 40
3.3 轧制（平轧）的主要控制参数 41
3.3.1 铸锭（坯料）加热温度、速度及时间的控制 41
3.3.2 热轧温度的确定 42
3.3.3 热轧速度 43
3.3.4 热轧压下制度 43
3.3.5 冷轧压下制度 44
3.3.6 冷轧张力 46
3.3.7 厚度控制 47
3.3.8 板形控制 49
3.3.9 冷轧制时的摩擦与润滑 52
第4章挤压 54
4.1 挤压的特点及分类 54
4.1.1 挤压的特点 54
4.1.2 挤压方法的分类 54
4.1.3 几种常用的挤压方法 55
4.2 挤压的金属流动特性、应力及应变状态 56
4.2.1 挤压时金属流动特性 56
4.2.2 挤压金属的应力-应变状态 57
4.3 挤压的主要控制参数 59
4.3.1 挤压系数的选择 59
4.3.2 模孔个数的选择 60
4.3.3 模具类型的选择 61
4.3.4 挤压筒直径的选择 61
4.3.5 几何废料尺寸的确定 61
4.3.6 挤压温度的选择 62
4.3.7 挤压速度的选择 65
4.3.8 挤压工模具的选择 68
4.3.9 挤压润滑的选择 70
第5章拉伸（拔） 72
5.1 拉伸的特点及分类 72
5.1.1 拉伸的特点 72
5.1.2 拉伸的分类 73
5.1.3 拉伸的主要变形参数 75
5.2 拉伸变形的应力与应变分析 76
5.2.1 圆棒拉伸变形的应力与变形 76
5.2.2 管材拉伸时的应力与变形 79
5.2.3 实现拉伸的基本条件 91
5.3 拉伸前的准备 92
5.3.1 夹头制作 92
5.3.2 退火 94
5.3.3 刮皮和去毛刺 97
5.4 拉伸的主要控制参数 98
5.4.1 毛料（坯）尺寸偏差的控制 98
5.4.2 线材加工率（延伸率）的确定（配模） 98
5.4.3 空拉圆管的变形量的确定（配模） 100
5.4.4 芯头拉伸管材变形量的确定（配模） 103
5.4.5 拉伸润滑 108
第6章锻造 110
6.1 锻造的特点及分类 110
6.1.1 锻造的特点 110
6.1.2 锻造的分类 111
6.2 锻造成形的金属流动及应力-应变 114
6.2.1 镦粗 114
6.2.2 拔长 116
6.2.3 冲孔 120
6.2.4 扩孔 121
6.2.5 弯曲 123
6.2.6 模锻 123
6.3 锻造的主要参数控制 125
6.3.1 锻造加热温度及范围的控制 125
6.3.2 加热方式的选择 131
6.3.3 自由锻造的主要参数选择 134
6.3.4 模锻的主要参数选择与控制 137
6.3.5 锻造过程中的摩擦与润滑条件选择 148
第7章冲压 155
7.1 冲压的特点及分类 155
7.2 冲压变形及受力分析 158
7.2.1 冲裁变形及受力分析 158
7.2.2 弯曲变形及受力分析 161
7.2.3 拉深变形及受力分析 166
7.3 冲压变形的主要工艺参数确定与控制 170
7.3.1 冲裁主要参数选择与控制 170
7.3.2 弯曲主要参数选择与控制 175
7.3.3 拉深主要参数选择与控制 181
第8章轧管 194
8.1 轧管的特点及分类 194
8.1.1 轧管的特点 194
8.1.2 冷轧管机的分类 194
8.2 管材轧制变形及受力 195
8.2.1 二辊式冷轧管的变形过程 195
8.2.2 二辊式冷轧管的应力-应变状态 199
8.2.3 三辊式冷轧管 202
8.2.4 冷轧管时的力及其计算 202
8.3 管材轧制的主要控制参数 207
8.3.1 管坯的准备与质量要求 207
8.3.2 轧管工艺的确定 213
第9章旋压 217
9.1 旋压的特点和分类 217
9.1.1 普通旋压 217
9.1.2 强力旋压 218
9.2 旋压变形及受力分析 219
9.2.1 变薄旋压 219
9.2.2 强力旋压 219
9.3 旋压变形的主要控制参数 222
9.3.1 坯料的准备 222
9.3.2 旋压工艺参数的控制 222
第10章其他加工方法 226
10.1 连续挤压 226
10.1.1 连续挤压的基本原理及特点 226
10.1.2 连续挤压的工艺流程及设备 228
10.1.3 连续挤压加工成形的关键技术控制 229
10.2 旋转锻造 231
10.2.1 旋锻的特点及工作原理 231
10.2.2 旋锻的基本分类及应用 232
10.3 层状金属复合材加工技术 233
10.3.1 热压复合 233
10.3.2 轧制复合 234
10.3.3 爆炸复合 234
10.3.4 液－固相轧制复合 235
第二篇有色金属材料的组织与性能控制
第11章有色金属特点及其组织性能控制方法 239
11.1 有色金属特点 239
11.2 有色金属组织性能的特点 241
11.3 有色金属的组织性能控制方法 241
11.3.1 有色金属的合金化 241
11.3.2 有色金属的热处理 242
11.3.3 表面处理 243
第12章铝与铝合金组织性能的特点及控制 244
12.1 铝及铝合金的基本性质 244
12.1.1 铝的物理性质 244
12.1.2 铝的化学性质 245
12.1.3 铝及铝合金的分类 246
12.2 铝及铝合金组织特点 251
12.2.1 铝合金的强化 251
12.2.2 铝合金的铸态组织 253
12.2.3 铝合金的热处理 254
12.2.4 铝合金中的析出物及其形态 257
12.3 铝及铝合金的性能及控制 264
12.3.1 变形铝合金的性能及控制 264
12.3.2 铸造铝合金的性能及控制 284
12.4 高强高韧铝合金开发 287
12.4.1 7×××系高强高韧铝合金 287
12.4.2 铝锂合金的强韧性控制 289
第13章铜及铜合金组织性能的特点及控制 291
13.1 铜及铜合金性能及分类 291
13.1.1 物理性质 291
13.1.2 化学性质 293
13.1.3 金属学特征 295
13.1.4 铜及铜合金分类 296
13.2 黄铜的组织、性能与控制 296
13.2.1 铜锌合金组织 297
13.2.2 铜锌合金性能与控制 299
13.3 青铜的组织、性能与控制 303
13.3.1 锡青铜的组织、性能与控制 304
13.3.2 铝青铜的组织、性能与控制 308
13.3.3 铍青铜的组织、性能与控制 311
13.4 白铜的组织、性能与控制 313
13.5 新型铜合金开发 316
13.5.1 弥散强化型高导电铜合金 316
13.5.2 铜基形状记忆合金 318
13.5.3 球焊铜丝 319
第14章钛与钛合金组织性能的特点及控制 321
14.1 钛的基本特性 321
14.1.1 钛的化学性能 321
14.1.2 钛的物理性能 322
14.1.3 钛的力学性能 323
14.2 钛合金的分类及组织性能 324
14.2.1 钛合金的分类及牌号 324
14.2.2 钛合金中合金元素及组织性能 326
14.3 钛合金的组织性能及控制 329
14.3.1 α型钛合金组织性能特点及性能控制 329
14.3.2 α＋β型钛合金组织性能特点及性能控制 330
14.3.3 β型钛合金组织性能特点及性能控制 331
14.4 钛铝金属间化合物 336
14.4.1 γ钛铝化合物 336
14.4.2 有序斜方晶系钛铝化合物 340
第15章镁与镁合金组织性能的特点及控制 344
15.1 镁及镁合金的基本特性及分类 344
15.1.1 镁的基本性质 344
15.1.2 镁合金的特点 345
15.1.3 镁合金的分类 346
15.1.4 镁合金的牌号与化学成分 347
15.2 铸造镁合金的组织、性能及控制 351
15.2.1 AZ系铸造镁合金的组织、性能及控制 352
15.2.2 AM系铸造镁合金的组织、性能及控制 354
15.2.3 AS系铸造镁合金的组织、性能及控制 357
15.2.4 AE系铸造镁合金的组织、性能及控制 360
15.3 变形镁合金的组织、性能及控制 362
15.3.1 AZ系变形镁合金的组织、性能及控制 364
15.3.2 ZK系变形镁合金的组织、性能及控制 369
第三篇数值模拟技术在控制加工中的应用
第16章数值模拟技术及在控制加工中的意义 377
16.1 有限单元法数值模拟技术 377
16.1.1 有限单元法的基本思想 377
16.1.2 有限单元法求解的几个步骤及基本流程 377
16.2 金属塑性成形过程的数值模拟 378
16.2.1 金属塑性变形的基本理论 379
16.2.2 几种塑性有限元法 380
16.3 数值模拟在控制加工中的意义 383
第17章数值模拟在控制加工中的应用 384
17.1 轧制成形过程的数值模拟实例 384
17.1.1 蛇形轧制超厚板的数值模拟研究 384
17.1.2 平轧过程的数值模拟研究 389
17.2 挤压成形过程的数值模拟实例 391
17.2.1 5种不同型线凹模挤压过程的数值模拟 391
17.2.2 挤压导流室设计对薄壁型材出口速度的影响 394
17.2.3 蝶形模挤压过程数值模拟研究 403
17.2.4 大型车辆铝型材挤压分流模的优化设计 410
17.3 连续挤压过程数值模拟实例 420
17.4 锻造变形过程的数值模拟实例 427
17.4.1 开式模锻的变形模拟 427
17.4.2 闭式模锻的变形模拟 428
17.4.3 火车车轮成形过程的数值模拟 431
参考文献 433

作者简介

谢水生，北京有色金属研究总院教授、博士生导师。现任有色金属材料制备加工国家重点实验室总工。1968年毕业于南昌大学（原江西工学院）压力加工专业， 1982年于北京有色金属研究总院获得材料专业工学硕士学位， 1986年4月于清华大学金属塑性加工专业获工学博士学位。1990—1991年在澳大利亚Monash大学访问学者， 1995年新加坡国立大学高级访问学者。1993年被批准享受国务院政府特殊津贴。

社会兼职：南昌大学、燕山大学、江西理工大学、河南理工大学兼职教授；中国有色金属学会理事，合金加工学术委员会主任；中国机械工程学会北京市机械工程学会理事，压力加工学会主任；中国机械工程学会塑性加工学会理事，半固态加工学术委员会副主任；国家自然科学基金第十二、十三届工程与材料学部专家； “稀有金属”、 “塑性工程学报”、 “锻压技术”、 “有色金属再生与应用”编辑委员会委员。

承担并负责： “高技术863”课题7项； “国家自然科学基金资助”课题9项；国家攻关课题6项；国家支撑计划项目2项；国际合作课题2项。已获得国家专利30余项，国家科学技术进步二等奖一项、部级一等奖6项、二等奖9项、三等奖5项、四等奖多项，并在国内外刊物上发表论文300余篇。出版著作23部。指导和培养硕士、博士研究生和博士后30余名。

刘相华，1953年9月生，东北大学教授，博士生导师。曾任东北大学研究院常务副院长，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任。兼任中国汽车工程学会理事、中国金属学会轧钢学会理事、辽宁省塑性工程学会理事长。主要从事金属成形理论、工艺、设备、自动化等方面的研究，获得国家技术发明二等奖1项，国家科学进步二等奖3项，省部级科技奖励35项。出版学术著作10部。发表研究论文被SCI收录300多篇，被引用7600多篇次。指导的研究生中，有96人获得博士学位， 86人获得硕士学位。

前言

《有色金属材料的控制加工》是国家出版基金资助的“有色金属理论与技术前沿丛书”之一，是从有色金属材料成形的另一种思路来分析和考虑问题。它更加强调和突出了人们在选择和设计材料加工成形过程中的主动性以及目标与控制的配合；也是将模拟技术与控制技术有效结合，将有色金属材料的加工成形最优化。控制加工过程的主要任务是研究加工成形技术、加工参数的优化和过程控制的关系。

有色金属材料种类繁多，包括铝、铜、铅、锌、钛、镁、锑、锡、镍、钨、钼以及稀土元素等，达60多种。最常用的有色金属材料主要有铝、铜、镁、钛及其合金。

有色金属材料涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，其应用几乎涉及到国民经济和国防建设的所有领域，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。因此，有色金属材料生产的技术水平、规模及其应用程度已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。

有色金属材料由于具有一系列优良的特性，是航空航天、交通运输、电子电器、能源动力、建筑桥梁、机械制造、日常用品、武器装备等民用和军用领域必不可少的材料。

本书从阐述有色金属材料的控制加工和对材料的组织和性能控制出发，来论述有色金属材料的加工成形。希望能有助于促进有色金属材料在国民经济中的应用。

本书共四部分17章：第一部分，即第1章为概述；第二部分，即第一篇(第2~10章)为有色金属材料的形状控制加工，主要阐述了有色金属材料的形状分类及控制加工方法，重点分析了轧制(平轧)、挤压、拉伸（拔）、锻造、冲压、轧管、旋压和其他加工方法在加工成形有色金属材料时的变形特点及主要控制参数；第三部分，即第二篇(第11~15章)为有色金属材料的组织与性能控制，分别阐述四种最常用的有色金属，铝与铝合金、铜及铜合金、钛与钛合金、镁与镁合金的组织性能特点及加工成形中主要的控制参数；第四部分，即第三篇(第16、第17章)为数值模拟技术在控制加工中的应用，该部分在简要介绍了数值模拟技术及在控制加工中的意义基础上，进一步阐述了数值模拟技术在控制加工中的应用。

本书的第1~10章由谢水生教授撰写；第11~13章由李靖博士与刘相华教授撰写；第14章由霍文丰博士与刘相华教授撰写；第15章由赵阳博士与刘相华教授撰写。第16章、第17章由谢水生教授撰写。全书最后由谢水生教授整理。

由于该书的命题是丛书主编提出的新命题，目前没有相关资料借鉴，尽管作者经过反复思考和斟酌，但难免在内容与命题的对应性上存在不足，在各章节的相互协调上也存在不恰当的地方。希望广大读者原谅，并提出宝贵的意见（邮箱： xiessbj@gmail.com），以便进一步改进和提高。

著者

2013年12月

当今有色金属已成为决定一个国家经济、科学技术、国防建设等发展的重要物质基础，是提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。作为有色金属生产第一大国，我国在有色金属研究领域，特别是在复杂低品位有色金属资源的开发与利用上取得了长足进展。

我国有色金属工业近30年来发展迅速，产量连年来居世界首位，有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。与此同时，有色金属资源短缺与国民经济发展需求之间的矛盾也日益突出，对国外资源的依赖程度逐年增加，严重影响我国国民经济的健康发展。

随着经济的发展，已探明的优质矿产资源接近枯竭，不仅使我国面临有色金属材料总量供应严重短缺的危机，而且因为“难探、难采、难选、难冶”的复杂低品位矿石资源或二次资源逐步成为主体原料后，对传统的地质、采矿、选矿、冶金、材料、加工、环境等科学技术提出了巨大挑战。资源的低质化将会使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机。我国有色金属工业的发展迫切需要适应我国资源特点的新理论、新技术。系统完整、水平领先和相互融合的有色金属科技图书的出版，对于提高我国有色金属工业的自主创新能力，促进高效、低耗、无污染、综合利用有色金属资源的新理论与新技术的应用，确保我国有色金属产业的可持续发展，具有重大的推动作用。

作为国家出版基金资助的国家重大出版项目，《有色金属理论与技术前沿丛书》计划出版100种图书，涵盖材料、冶金、矿业、地学和机电等学科。丛书的作者荟萃了有色金属研究领域的院士、国家重大科研计划项目的首席科学家、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、全国优秀博士论文奖获得者、国家重大人才计划入选者、有色金属大型研究院所及骨干企业的顶尖专家。

国家出版基金由国家设立，用于鼓励和支持优秀公益性出版项目，代表我国学术出版的最高水平。《有色金属理论与技术前沿丛书》瞄准有色金属研究发展前沿，把握国内外有色金属学科的最新动态，全面、及时、准确地反映有色金属科学与工程技术方面的新理论、新技术和新应用，发掘与采集极富价值的研究成果，具有很高的学术价值。

中南大学出版社长期倾力服务有色金属的图书出版，在《有色金属理论与技术前沿丛书》的策划与出版过程中做了大量极富成效的工作，大力推动了我国有色金属行业优秀科技著作的出版，对高等院校、研究院所及大中型企业的有色金属学科人才培养具有直接而重大的促进作用。

2010年12月