材料加工原理--教育部“十五”国家级规划教材

·1·教育部“十五”国家级规划教材材料加工原理徐洲姚寿山主编科学出版社·2·材料加工原理主编徐洲姚寿山协编陈玉勇陈子勇任学平陈金德陈森灿赵连城审阅王浩伟肖文斌陈世朴耿林科学出版社·3·内容简介本书是材料科学与工程专业的基础理论课程教材，按照材料科学与工程大专业的教学大纲编写，并已列为教育部“十五”国家级规划教材。其内容包括金属材料、陶瓷材料和高分子材料在各种加工过程中的许多基本原理和理论知识。本教材以材料的“加工原理”为主线，分为“材料液态成型原理”、“材料固态成型原理”和“材料固态相变原理”三部分，着重讲述上述三大类材料加工过程中的共性的、基本的原理和理论，并突出三大类材料加工过程中的各自的独特性。本书既可作为材料科学与工程专业或相关专业本科生的专业基础课程的教材，又可用作从事金属材料、陶瓷材料和高分子材料的研究、生产和使用的科研人员和工程技术人员的参考书。·4·前言为了体现材料专业教学内容的系统性、基础性、先进性和广泛性，培养基础宽厚扎实、适应能力强的高素质人才，上海交通大学和国内许多高校进行了专业整合和学科调整，成立了材料科学与工程专业。材料科学与工程专业涵盖金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料。《材料加工原理》课程是在原有“金属铸造原理”、“金属塑性成型原理”和“金属热处理原理”的基础上，结合陶瓷材料和高分子材料的加工原理内容发展而成，是材料科学与工程专业本科生必修的专业基础课程。在专业拓宽、课程内容增加而总学时数减少的情况下，为使本科生教学与研究生教学内容层次分明，改变原有材料类各专业的划分过细、内容过深的教学，迫切需要一本基础理论系统、内容详实，通俗易懂的新教材，以满足专业拓宽后的大材料专业本科生基础教学的需要。本教材就是在这种形势下，按照新的材料科学与工程专业教学大纲编写的，并且已经列为教育部“十五”国家级规划教材。《材料加工原理》涉及到金属材料、陶瓷材料和高分子材料在各种加工过程中的许多基本原理和理论知识，概念性强，内容丰富。“材料加工”的内涵十分广泛，诸如金属材料有铸造、焊接、压力加工、热处理、粉末冶金等工艺；陶瓷材料和复合材料的基本加工方法也包含有铸造、压力加工和热处理等工艺；高分子材料的成形可采用压铸、拉拔等加工方法。而上述所有的材料都可通过热处理工艺来改变其内部结构，从而改变其性能。本教材以材料的“加工原理”为主线，分为“材料液态成型原理”、“材料固态成型原理”和“材料固态相变原理”三大基本组成部分，力图融合主要工程材料加工过程中的共性的、基本的原理和理论，并突出各类材料加工过程中的特性。使学生能够掌握主要工程材料加工的基本原理和特性，并结合材料加工的各种综合实验教学，了解材料加工制备的基本过程，加深理论知识，提高实践能力。本教材由上海交通大学徐洲教授和姚寿山教授主编。第一篇“材料液体成型原理”由哈尔滨工业大学陈玉勇教授和陈子勇副教授编写，第二篇“材料固态成型原理”由上海交通大学姚寿山教授编写，第三篇“材料固态相变原理”由上海交通大学徐洲教授编写。上海交通大学徐洲教授和姚寿山教授（第一篇）、北京科技大学任学平教授、西安交通大学陈金德教授和清华大学陈森灿教授（第二篇）、哈尔滨工业大学赵连城教授（第三篇）参与了编写和编审工作。上海交通大学王浩伟教授（第一篇）、肖文斌教授（第二篇）、陈世朴教授和哈尔滨工业大学耿林教授（第三篇）进行了认真的审阅。在此一并表示衷心的感谢。本教材的编写是贯彻执行新教学大纲的一种初步尝试，由于水平有限，经验不足，时间仓促，必然存在很多缺点和错误，恳切希望读者提出宝贵意见。编者2002年7月·5·目录第一篇材料液态成形原理―――――――――――――――――――――（）第一章普通合金材料的熔配原理―――――――――――――――――――（）1.1普通合金材料概论――――――――――――――――――――――（）1.1.1铸铁材料―――――――――――――――――――――――――（）1.1.2铸钢材料―――――――――――――――――――――――――（）1.1.3铸造铝合金、镁合金材料―――――――――――――――――――（）1.1.4铸造铜合金材料―――――――――――――――――――――――（）1.2普通合金的熔配原理―――――――――――――――――――――（）1.2.1铸铁材料的熔配―――――――――――――――――――――――（）1.2.2铸钢材料的熔配―――――――――――――――――――――――（）1.2.3铝合金材料的熔配――――――――――――――――――――――（）1.2.4铜合金材料的熔配――――――――――――――――――――――（）1.2.5镁合金、钛合金材料的熔配―――――――――――――――――――（）1.3液态金属的性质―――――――――――――――――――――――（）1.3.1粘度理论―――――――――――――――――――――――――（）1.3.2表面张力和界面能――――――――――――――――――――――（）1.3.3Gibbs吸附方程―――――――――――――――――――――――（）1.3.4Stokes公式――――――――――――――――――――――――（）1.3.5半固态流变规律―――――――――――――――――――――――（）第二章金属的凝固原理――――――――――――――――――――――――（）2.1凝固理论基础――――――――――――――――――――――――（）2.1.1液态金属结晶的热力学条件――――――――――――――――――（）2.1.2形核与形核率――――――――――――――――――――――――（）2.1.3晶体的长大――――――――――――――――――――――――（）2.1.4单相合金―――――――――――――――――――――――――（）2.1.5共晶合金的结晶―――――――――――――――――――――――（）2.2凝固组织的形成与控制――――――――――――――――――――（）2.2.1铸件宏观结晶组织的形成及其影响因素――――――――――――――（）2.2.2凝固过程中晶核游离―――――――――――――――――――――（）2.2.3表面细晶粒区的形成―――――――――――――――――――――（）2.2.4柱状晶区的形成―――――――――――――――――――――――（）2.2.5内部等轴晶区的形成―――――――――――――――――――――（）2.2.6铸件凝固组织的控制―――――――――――――――――――――（）2.3单向凝固与快速凝固―――――――――――――――――――――（）2.3.1单向凝固技术――――――――――――――――――――――――（）2.3.2单晶生长―――――――――――――――――――――――――（）2.3.3快速凝固技术与传热特点―――――――――――――――――――（）·6·2.3.4快速凝固晶态合金的组织与特征―――――――――――――――――（）第三章复合材料的成型――――――――――――――――――――――――（）3.1复合材料概论――――――――――――――――――――――――（）3.1.1复合材料的定义―――――――――――――――――――――――（）3.1.2复合材料的分类―――――――――――――――――――――――（）3.2复合材料的原材料――――――――――――――――――――――（）3.2.1复合材料的基体―――――――――――――――――――――――（）3.2.2复合材料的增强相――――――――――――――――――――――（）3.3复合材料的成型工艺―――――――――――――――――――――（）3.3.1聚合物基复合材料的成形工艺――――――――――――――――――（）3.3.2金属基复合材料的成型技术――――――――――――――――――（）3.3.3陶瓷基复合材料的制备工艺――――――――――――――――――（）3.4复合材料的界面―――――――――――――――――――――――（）3.4.1聚合物基复合材料的界面―――――――――――――――――――（）3.4.2金属基复合材料的界面――――――――――――――――――――（）3.4.3陶瓷基复合材料的界面――――――――――――――――――――（）3.5复合材料的应用―――――――――――――――――――――――（）3.5.1金属基复合材料的应用――――――――――――――――――――（）3.5.2聚合物基复合材料的应用―――――――――――――――――――（）3.5.3陶瓷基复合材料的应用――――――――――――――――――――（）第二篇材料固态成形原理―――――――――――――――――――――（）第四章固态成形的物理基础――――――――――――――――――――――（）4.1金属塑性成形的机理及其组织结构与性能的变化―――――――――（）4.1.1冷态塑性变形的机理及其组织结构与性能的变化―――――――――――（）4.1.2热态塑性变形的机理及其组织结构与性能的变化―――――――――――（）4.2粉末成形――――――――――――――――――――――――――（）4.2.1粉末的制取――――――――――――――――――――――――（）4.2.2粉末的特性――――――――――――――――――――――――（）4.2.3粉末模压成形――――――――――――――――――――――――（）4.2.4粉末烧结成形――――――――――――――――――――――――（）4.3高分子材料的成形――――――――――――――――――――――（）4.3.1塑料的组成、分类及主要成形方法――――――――――――――――（）4.3.2塑料成形理论基础――――――――――――――――――――――（）第五章固态塑性成形的力学基础――――――――――――――――――――（）5.1基本假设――――――――――――――――――――――――――（）5.2应力――――――――――――――――――――――――――――（）5.2.1应力的概念――――――――――――――――――――――――（）5.2.2斜面上的应力――――――――――――――――――――――――（）5.2.3主应力与应力张量不变量―――――――――――――――――――（）·7·5.2.4应力平衡方程式―――――――――――――――――――――――（）5.3应变――――――――――――――――――――――――――――（）5.3.1应变的概念与位移几何方程――――――――――――――――――（）5.3.2应变增量和应变速率―――――――――――――――――――――（）5.3.3应变的连续方程与体积不变条件―――――――――――――――――（）5.3.4工程应变的主应变――――――――――――――――――――――（）5.4屈服准则与应力应变关系―――――――――――――――――――（）5.4.1简单拉伸与屈服―――――――――――――――――――――――（）5.4.2屈服准则的一般形式―――――――――――――――――――――（）5.4.3两个常用的屈服准则―――――――――――――――――――――（）5.4.4塑性应力应变关系――――――――――――――――――――――（）5.5应力状态对塑性变形的影响――――――――――――――――――（）5.5.1应力状态对塑性的影响――――――――――――――――――――（）5.5.2应力状态对变形抗力的影响――――――――――――――――――（）5.5.3静水压力对屈服极限的影响――――――――――――――――――（）5.6应力-应变曲线――――――――――――――――――――――――（）5.6.1条件应力-应变曲线―――――――――――――――――――――（）5.6.2变形体的模型――――――――――――――――――――――――（）5.6.3真实应力-应变曲线―――――――――――――――――――――（）第六章固态塑性成形理论的应用―――――――――――