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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