材料成形基础 -中南大学出版社

材料成形基础

【作者】：关绍康
【出版时间】：2009-02
【字数】：472（千字）
【定价】：￥38.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-693-8
【页码】：348（页）
【开本】：16开

本书为教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会规划教材,根据教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会有关本课程“教学基本要求”编写。

本教材以材料成形过程中的基本原理为主要内容,重点阐述了近代金属材料成形技术中共有的物理现象、内在规律与物理化学冶金学本质,并对聚合物和无机非金属材料成形中的基础理论知识进行了简单介绍。内容涵盖了液态成形、连接成形、塑性成形、无机非金属成形和聚合物成型原理的基本内容,并对它们之间共性的部分进行了整合,对个性部分作了有选择性的论述。

全书内容共分7章,主要内容包括:绪论,液态金属成形物理冶金基础,液态成形化学冶金基础,液态成形过程中的质量控制,金属塑性成形基础,无机非金属材料成形基础,聚合物成型基础。

本书注重基础性、科学性和实用性,强化在材料成形过程中通过控制和改善材料组织与性能获得健全优质产品的方法和途径。

本书可作为普通高等学校材料成形及控制工程专业、材料科学与工程(金属材料与工程方向)专业本科生教材,也可作为机械类本科生和相关专业研究生及有关工程技术人员的参考用书。

第1章绪论……………………………………………………………………………… (1)
1.1 材料成形基础理论概述…………………………………………………………… (1)
1.1.1 材料成形的内涵及其成形方法分类……………………………………… (1)
1.1.2 材料成形的地位和作用…………………………………………………… (3)
1.1.3 材料成形理论基础及其对材料成形技术的指导意义…………………… (6)
1.2 材料成形基础理论的发展………………………………………………………… (6)
1.2.1 液态成形凝固理论的发展………………………………………………… (6)
1.2.2 成形过程化学冶金理论的进展…………………………………………… (9)
1.2.3 金属塑性成形理论的发展概况………………………………………… (10)
1.3 本课程的定位和任务…………………………………………………………… (11)
1.4 本课程与其他课程的分工……………………………………………………… (11)
第2章液态金属成形物理冶金基础……………………………………………… (12)
2.1 液态金属的结构与性质………………………………………………………… (12)
2.1.1 液态金属的结构………………………………………………………… (12)
2.1.2 液态金属的性质………………………………………………………… (17)
2.1.3 液态金属的遗传性……………………………………………………… (26)
2.2 液态金属成形过程中的温度场………………………………………………… (30)
2.2.1 温度场基本概念………………………………………………………… (30)
2.2.2 液态金属成形基本方程及求解方法…………………………………… (31)
2.2.3 液态金属成形中的温度场……………………………………………… (33)
2.3 液态金属的流动性与半固态金属的流变性…………………………………… (42)
2.3.1 液态金属在凝固过程中的流动………………………………………… (42)
2.3.2 液态金属停止流动机理………………………………………………… (44)
2.3.3 液态金属的流动性与充型能力………………………………………… (45)
2.3.4 半固态金属的流变行为及其成形……………………………………… (50)
2.4 液态金属的凝固………………………………………………………………… (55)
2.4.1 晶体形核与生长………………………………………………………… (55)
2.4.2 溶质再分配……………………………………………………………… (64)
2.4.3 合金凝固界面前沿的成分过冷………………………………………… (70)
2.4.4 合金的凝固方式………………………………………………………… (79)
2.4.5 共晶凝固………………………………………………………………… (81)
2.4.6 金属基复合材料的凝固………………………………………………… (90)
2.4.7 焊接熔池的凝固………………………………………………………… (96)
2.4.8 凝固组织细化…………………………………………………………… (100)
2.5 超常条件下液态成形基础……………………………………………………… (107)
2.5.1 定向凝固………………………………………………………………… (108)
2.5.2 快速凝固………………………………………………………………… (112)
2.5.3 快速金属零件复合精密液态成形……………………………………… (116)
2.5.4 非重力场中的凝固……………………………………………………… (119)
习题与思考…………………………………………………………………………… (121)
第3章液态成形化学冶金基础…………………………………………………… (125)
3.1 概述……………………………………………………………………………… (125)
3.1.1 铸造条件下的化学冶金………………………………………………… (125)
3.1.2 焊接条件下的化学冶金………………………………………………… (127)
3.2 液态金属与气体的相互作用…………………………………………………… (130)
3.2.1 气体的来源……………………………………………………………… (130)
3.2.2 氢对液态金属的作用…………………………………………………… (133)
3.2.3 氧对液态金属的作用…………………………………………………… (140)
3.2.4 氮对液态金属的作用…………………………………………………… (145)
3.3 液态金属与熔渣的相互作用…………………………………………………… (148)
3.3.1 熔渣作用、来源及分类………………………………………………… (149)
3.3.2 熔渣的结构……………………………………………………………… (152)
3.3.3 熔渣的物理化学性质…………………………………………………… (155)
3.3.4 活性熔渣对金属的作用………………………………………………… (160)
3.3.5 冶金脱氧………………………………………………………………… (163)
3.3.6 金属中的硫磷及其控制………………………………………………… (170)
3.4 液态成形中的合金化…………………………………………………………… (175)
3.4.1 合金化的目的和方式…………………………………………………… (175)
3.4.2 合金化过程……………………………………………………………… (177)
3.4.3 合金化效果及其影响因素……………………………………………… (179)
习题与思考…………………………………………………………………………… (183)
第4章液态成形过程中的质量控制……………………………………………… (184)
4.1 缩孔与缩松……………………………………………………………………… (184)
4.1.1 金属收缩的基本概念…………………………………………………… (184)
4.1.2 缩孔与缩松的分类及特征……………………………………………… (185)
4.1.3 缩孔与缩松的形成机理………………………………………………… (186)
4.1.4 影响缩孔与缩松的因素及防止措施…………………………………… (187)
4.2 气孔与夹杂物…………………………………………………………………… (190)
4.2.1 气孔……………………………………………………………………… (190)
4.2.2 夹杂物…………………………………………………………………… (194)
4.3 应力、变形及裂纹……………………………………………………………… (197)
4.3.1 应力……………………………………………………………………… (197)
4.3.2 变形……………………………………………………………………… (199)
4.3.3 裂纹……………………………………………………………………… (203)
4.4 化学成分不均匀性……………………………………………………………… (214)
4.4.1 偏析种类………………………………………………………………… (214)
4.4.2 宏观偏析………………………………………………………………… (214)
4.4.3 微观偏析………………………………………………………………… (216)
4.4.4 焊缝中的化学成分不均匀性…………………………………………… (218)
4.5 焊接热影响区组织及质量控制………………………………………………… (220)
4.5.1 焊接热影响区的组织转变特点………………………………………… (220)
4.5.2 焊接热影响区质量控制………………………………………………… (221)
习题与思考…………………………………………………………………………… (223)
第5章金属塑性成形基础…………………………………………………………… (224)
5.1 金属塑性变形物理本质………………………………………………………… (224)
5.1.1 合金的塑性变形………………………………………………………… (224)
5.1.2 金属的塑性和变形抗力………………………………………………… (235)
5.1.3 金属的超塑性…………………………………………………………… (248)
5.2 金属塑性变形和流动性………………………………………………………… (255)
5.2.1 最小阻力定律…………………………………………………………… (255)
5.2.2 影响金属塑性变形和流动性的因素…………………………………… (256)
5.3 塑性成形过程中的组织与性能变化…………………………………………… (258)
5.3.1 冷塑性成形对金属组织与性能的影响………………………………… (258)
5.3.2 冷塑性变形后金属在加热时的组织与性能变化……………………… (262)
5.3.3 热塑性变形对金属组织与性能的影响………………………………… (269)
5.4 金属塑性成形力学……………………………………………………………… (273)
5.4.1 金属塑性成形问题的求解方法概述…………………………………… (273)
5.4.2 主应力法及其求解特点………………………………………………… (274)
5.4.3 滑移线理论……………………………………………………………… (276)
5.4.4 塑性极限原理和上限法………………………………………………… (291)
习题与思考…………………………………………………………………………… (300)
第6章无机非金属材料成形基础………………………………………………… (301)
6.1 概述……………………………………………………………………………… (301)
6.1.1 无机非金属材料的组成及结构特点…………………………………… (301)
6.1.2 无机非金属材料的分类及成形方法…………………………………… (301)
6.2 无机非金属材料成形基础……………………………………………………… (302)
6.2.1 固态成形基础…………………………………………………………… (302)
6.2.2 液态成形基础…………………………………………………………… (309)
习题与思考…………………………………………………………………………… (311)
第7章聚合物成型基础……………………………………………………………… (312)
7.1 概述……………………………………………………………………………… (312)
7.1.1 聚合物材料的组成及结构特点………………………………………… (312)
7.1.2 聚合物材料的分类及成型方法………………………………………… (314)
7.2 聚合物材料成型基础…………………………………………………………… (315)
7.2.1 聚合物的流变性能……………………………………………………… (315)
7.2.2 聚合物成型过程中的物理和化学变化………………………………… (326)
7.2.3 成型加工过程中聚合物的传热性能…………………………………… (329)
习题与思考…………………………………………………………………………… (330)
参考文献…………………………………………………………………………………… (331)

《材料成形基础》是2006—2010年教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会规划教材之一,它是“材料成形及控制工程”和“材料科学与工程(金属材料与工程方向)”两个专业的重要理论基础课,起到技术基础课和专业课之间的“桥梁”作用。

随着社会的发展和科学技术的进步,社会对材料类人才的需求已从原来需要较单一的技术人才转变为能适应不同生产力水平、不同产业部门的多层次、多规格的创新型复合人才,要求毕业生基础知识扎实,具有较高的综合解决实际问题的能力,能够胜任不同的岗位。这些转变对高等教育人才培养模式、办学观念、管理体制等带来了巨大冲击,给材料类人才培养提出了更高的要求。本教材从“材料成形及控制工程”和“材料科学与工程(金属材料与工程方向)”专业需求出发,根据2006—2010年教育部高等学校材料科学与工程专业教学指导委员会的要求,本着培养宽口径、厚基础、高素质、知识结构合理并更具适应性和可发展性的高等工程技术人员的目标而编写的。

本教材的主要任务是揭示材料的液态成形、连接成形、塑性成形等近代材料成形技术中的内在规律与物理化学及冶金学本质,因此编写内容以金属材料为主,兼顾无机非金属材料和聚合物材料。既涵盖了液态形成基础、连接成形基础和塑性成形基础的主要内容,又对无机非金属成形和聚合物材料成型部分的基本原理进行了简单介绍,以适合宽专业,增强学生适应能力的要求。在《材料成形基础》的编写过程中充分考虑整个课程体系的衔接问题,将液态成形、连接成形、塑性成形、无机非金属材料成形和聚合物成型等近代材料成形技术中共性的部分进行凝练,对个性部分作了有选择性的论述,并适当介绍了比较成熟的相关新理论,减少了与《材料科学基础》课程的重复内容。力图突出以工业化生产为专业背景的特点,紧密结合实际,阐述材料成形过程中材料的组成、结构与性能的内在关系,强化在材料成形过程中通过控制和改善材料组织与性能获得健全优质产品的方法和途径。通过本课程的学习,学生能对材料成形过程及其基本知识有深入系统的理解,为开发材料成形新技术、研制新材料及提高产品质量奠定坚实的理论基础。

全书共分七章,主要内容包括:绪论,液态金属成形物理冶金基础,液态成形化学冶金基础,液态成形过程中的质量控制,金属塑性成形基础,无机非金属材料成形基础,聚合物成型基础。

本书每章配有一定数量的练习题和思考题,书末附有大量的参考文献和相关的网络链接。

本书由郑州大学关绍康教授任主编;武汉大学张富巨教授、重庆大学黄光杰教授和郑州大学孙玉福教授任副主编;参与本书编写人员主要有:郑州大学的关绍康教授、孙玉福教授、刘胜新教授、张锐教授、李新法教授、赵红亮教授、汤文博副教授、王利国副教授,武汉大学的张富巨教授、张国栋副教授、张建强副教授,重庆大学的黄光杰教授,福建工程学院的王乾廷博士。全书由刘胜新教授统稿。

西北工业大学介万奇教授对全书内容进行了审核校正,并提出了建设性修改意见。中南大学张新明教授对本书的编写提出了宝贵意见,谨此一并表示衷心的感谢!

本教材可供高等学校材料成形与控制工程、材料科学与工程专业(金属材料与工程方向)本科生使用,也可供相关专业的工程技术人员作为参考。

由于作者水平有限,书中难免有诸多不足之处,恳请读者批评指正。

材料是国民经济、社会进步和国家安全的物质基础与先导,材料技术已成为现代工业、国防和高技术发展的共性基础技术,是当前最重要、发展最快的科学技术领域之一。发展材料技术将促进包括新材料产业在内的我国高新技术产业的形成和发展,同时又将带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代。

“十五”期间,我国材料领域在光电子材料、特种功能材料和高性能结构材料等方面取得了较大的突破,在一些重点方向迈入了国际先进行列。依据国家“十一五”规划,材料领域将立足国家重大需求,自主创新、提高核心竞争力、增强材料领域持续创新能力将成为战略重心。纳米材料与器件、信息功能材料与器件、高新能源转换与储能材料、生物医用与仿生材料、环境友好材料、重大工程及装备用关键材料、基础材料高性能化与绿色制备技术、材料设计与先进制备技术将成为材料领域研究与发展的主导方向。不难看出,这些主导方向体现了材料学科一个重要发展趋势,即材料学科正在由单纯的材料科学与工程向与众多高新科学技术领域交叉融合的方向发展。材料领域科学技术的快速进步,对担负材料科学与工程高等教育和科学研究双重任务的高等学校提出了严峻的挑战,为迎接这一挑战,高等学校不但要担负起材料科学与工程前沿领域的科学研究、知识创新任务,而且要担负起培养能适应材料科学与工程领域高速发展需求的、具有新知识结构的创新型高素质人才的重任。

为适应材料领域高等教育的新形势,2006—2010年教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会积极组织了材料类高等学校教材的建设规划工作,成立了规划教材编审委员会,编审委员会由相关学科的分教学指导委员会主任委员、委员以及全国30余所有影响力和代表性的高校材料学院院长组成。编审委员会分别于2006年10月和2007年5月在湖南张家界和中南大学召开了教材建设研讨会和教材提纲审定会。经教学指导委员会和编审委员会推荐和遴选,逾百名来自全国几十所高校的具有丰富教学与科研经验的专家、学者参加了这套教材的编写工作。历经几年的努力,这套教材终于与读者见面了,它凝结了全体编写者与组织者的心血,充分体现了广大编写者对教育部“质量工程”精神的深刻体会,对当代材料领域知识结构的牢固掌握和对高等教育规律的熟练把握,是我国材料领域高等教育工作者集体智慧的结晶。

这套教材基本涵盖了金属材料工程专业的主要课程,同时还包含了材料物理专业和材料化学专业部分专业基础课程,以及金属、无机非金属和高分子三大类材料学科的实验课程。整体看来,这套教材具有如下特色:①根据教育部高等学校教学指导委员会相关课程的“教学大纲”及“基本要求”编写;②统一规划,结构严谨,整套教材具有完整性、系统性,基础课与专业课之间的内容有机衔接;③注重基础,强调实践,体现了科学性、实用性;④编委会及作者由材料领域的院士、知名教授及专家组成,确保了教材的高质量及权威性;⑤注重创新,反映了材料科学领域的新知识、新技术、新工艺、新方法;⑥深入浅出,说理透彻,便于老师教学及学生自学。

教材的生命力在于质量,而提高质量是永恒的主题。希望教材的编审委员会及出版社能做到与时俱进,根据高等教育改革和发展的形势及材料专业技术发展的趋势,不断对教材进行修订、改进、完善,精益求精,使之更好地适应高等教育人才培养的需要,也希望他们能够一如既往地依靠业内专家,与科研、教学、产业第一线人员紧密结合,加强合作,不断开拓,出版更多的精品教材,为高等教育提供优质的教学资源和服务。

衷心希望这套教材能在我国材料高等教育中充分发挥它的作用,也期待着在这套教材的哺育下,新一代材料学子能茁壮成长,脱颖而出。

黄伯云
2008年9月