材料成型原理

胡勇/高钰璧

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 课程性质、内容、学习要求及考核说明
  • 2 第一篇 液态金属成型
    • 2.1 第一章:液态金属的结构与性质
      • 2.1.1 液态金属结构
      • 2.1.2 液态金属性质
      • 2.1.3 液态金属的充型能力
    • 2.2 第二章:凝固温度场
      • 2.2.1 传热基本原理
      • 2.2.2 铸件凝固温度场的解析解法
      • 2.2.3 焊接过程温度场
    • 2.3 第三章:金属凝固的热力学与动力学
      • 2.3.1 凝固热力学
      • 2.3.2 均质形核
      • 2.3.3 非均质形核
      • 2.3.4 晶体长大
    • 2.4 第四章:单相及多相合金的凝固
      • 2.4.1 凝固过程的溶质再分配
      • 2.4.2 凝固界面前沿成分过冷
      • 2.4.3 成分过冷对单相固溶体凝固组织影响
      • 2.4.4 界面稳定性动力学分析
      • 2.4.5 枝晶间距
      • 2.4.6 多相合金凝固(共晶)
    • 2.5 第五章:铸件凝固组织的形成与控制
      • 2.5.1 铸件宏观凝固组织
      • 2.5.2 焊缝宏观组织的构成
    • 2.6 第六章:特殊条件下的凝固
    • 2.7 第七章 缺陷形成与控制
      • 2.7.1 合金中成分偏析
      • 2.7.2 气孔与夹杂
      • 2.7.3 缩孔与缩松
      • 2.7.4 应力与变形
      • 2.7.5 热裂纹
      • 2.7.6 冷裂纹
    • 2.8 与液态成型相关的工艺视频
  • 3 第二篇 金属塑性成形
    • 3.1 第一章:金属塑性成型的物理基础
      • 3.1.1 绪论
      • 3.1.2 金属在冷态下的塑性变形
      • 3.1.3 金属的热塑性变形
      • 3.1.4 对塑性变形和变形抗力的影响因素
      • 3.1.5 金属的超塑性
    • 3.2 第二章:金属塑性成形的力学基础
      • 3.2.1 张量的基本知识
      • 3.2.2 外力、应力和点的应力状态
      • 3.2.3 主应力和主切应力
      • 3.2.4 应力平衡微分方程
      • 3.2.5 应力莫尔圆
    • 3.3 第三章:应变分析
      • 3.3.1 位移与应变
      • 3.3.2 质点的应变状态和应变张量
      • 3.3.3 小应变几何方程、应变连续方程
      • 3.3.4 塑性变形体积不变条件
      • 3.3.5 速度分量和速度场、位移增量与应变增量、应变速度张量
      • 3.3.6 平面问题和轴对称问题
    • 3.4 第四章:屈服准则
      • 3.4.1 材料真实应力-应变曲线及材料模型
      • 3.4.2 理想材料的屈服准则
      • 3.4.3 屈服准则的几何表达
      • 3.4.4 两个屈服准则的统一表达式
      • 3.4.5 应变硬化材料的屈服与加载表面
    • 3.5 第五章:材料本构关系
      • 3.5.1 弹性应力应变关系
      • 3.5.2 塑性应力应变关系
      • 3.5.3 增量理论
      • 3.5.4 全量理论
    • 3.6 第六章:金属塑性变形与流动问题
      • 3.6.1 金属流动方向——最小阻力定律
      • 3.6.2 影响金属塑性变形和流动的因素
      • 3.6.3 不均匀变形、附加应力和残余应力
      • 3.6.4 金属塑性成形中的摩擦和润滑
    • 3.7 第七章:金属塑性成形的工程应用
      • 3.7.1 金属塑性成形问题的求解方法概述
      • 3.7.2 主应力法
      • 3.7.3 滑移线法
      • 3.7.4 塑性极值原理和上限法
    • 3.8 与金属塑性成型相关的工艺视频
  • 4 第三篇 金属连接成形
    • 4.1 绪论
    • 4.2 第一章:焊接热过程
    • 4.3 第二章:熔池凝固与焊缝组织
    • 4.4 第三章:焊接熔合区
    • 4.5 第四章:焊接热影响区
    • 4.6 第五章:焊接裂纹
    • 4.7 与焊接有关的相关工艺视频
第六章:特殊条件下的凝固

 本章内容,主要涉及冷却凝固过程中的特殊条件。那么何为特殊条件?既然发生冷却,实则对应不同的散热条件(到底是三个方向都散热,还是创造单一方向的散热条件),既然发生冷却,那么冷却的速度分别趋近两个极端情况到底会对组织产生何种影响?(也就是说,当冷却速度很慢很慢的时候,固液界面以什么样的方式生长,这样的生长方式会带来什么样的组织结构,有会导致什么样的特殊性能?而当冷却速度很快很快的时候,在这样的情况下,固液界面又会以什么样的方式推进,产生凝固组织又具有什么样的特点和对应的性能?)上述内容就是我们这一章需要学习和了解的,关于这部分的学习,建议同学开展自学,按照上面的描述,分别从单晶组织的获得,到非晶组织的获得,再到完全摆脱重力条件下的生长情况来开展自主学习。

为了帮助大家对相关的技术有深入的认知,特提供视频内容,供大家参考学习。

单晶材料广泛应用在国防军工(发动机叶片)和现代电子领域(计算机芯片),要想实现对材料生长的控制,就需要在形核结晶生长过程中,提供既定方向的单一散热条件,大家对于最近火热的苹果手机和华为手机芯片之争有了解。芯片需要使用晶圆,然后通过设计制程,通过光刻机将设计好的线路刻蚀在晶圆上。这里提及的晶圆,其实就是单晶硅,一方面要保证其纯度,另一方面需要考虑其尺寸,这些都直接决定了其生产的品质。

 

相对于芯片的高科技构成,还有一种单晶材料应用的场景需要我们有深入的认知,那就是航空、航天发动机领域所使用的叶片。这里请大家思考,为什么飞机发动机对叶片材料的材质,加工精度,服役的条件等有极高的要求?什么样的材料适合作为叶片材料使用,这样的材料又为什么要加工成单晶组织。这些都是引发我们思考的内容。为了帮助大家理解,提供视频以供学习。


介绍了单晶材料的生产,那么关于非晶材料(原因就是快速的凝固导致固液界面推进速度远远超过了溶质原子的扩散速度)那么这种材料又有什么样的组织和特点?


非晶的介绍,拓宽了大家的视野,作为一类新的材料,他具有广阔的应用领域。有关于非晶和前面章节提及的液态金属视频,大家要结合起来进行学习,真正明白其产生过程,以及对应的特殊性能同组织的关系。

而有关于失重状态下的铸造过程,由于溶质和溶剂都不再受到重力因素的影响,所以原先由于地球环境带来的比重差异导致的分层,或者完全无法融合到一起构成均匀合金的现象就会得到改善,这部分的内容,请大家自行寻找相关视频予以学习。