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
第一章:金属塑性成型的物理基础

从本章开始,我们对固态金属成形过程和理论展开学习。固态金属成形过程的核心问题涉及塑性成形。所谓塑性成形——材料成形的基本方法之一,是指金属在固态状态下,利用材料的塑性(这里的塑性是指材料在外力的作用下产生一定的永久变形而不破坏其完整性的能力),在外力作用下获得所需尺寸和形状的工件的一种加工方法,又称为塑性加工

金属塑性加工在汽车、拖拉机、船舶、兵器、航空和家用电器等行业都要广泛的应用。如汽车的大梁和覆盖件都是冲压出来的,曲轴、连杆和齿轮的毛坯是锻造出来的,以及与我们日常相关的食堂不锈钢餐盘也是冲压出来的。对于材料成型与控制工程专业是同学而言,大家上学已经学习了金属学与热处理课程,那么我们涉及的塑性成形主要是指固态金属的成形:譬如,钢铁材料(各种碳钢,合金钢)、非铁金属或合金(主要是有色金属材料:铝合金,铜合金,镍合金,镁合金等)在生产过程中,通过体积成形和板料成形的方式,将各种金属或合金在冷/热加工条件下加工成一定尺寸和形状的工件。

因此,为了掌握通过固态金属实现成形与控性的机制和机理,我们必须对研究对象有深入的认知和了解,这里的研究对象指的就是液态金属。本章主要介绍了金属塑性成形的基本概念、特点及其分类,从理论上分析了金属塑性变形的机制,指出塑性加工中金属的组织与性能的变化规律,包括冷变形和热变形对金属的组织性能的影响。接着介绍了塑性的指标及其测量方法及塑性图,指出影响金属塑性的因素,最后介绍了变形抗力概念及变形抗力的影响因素。

为了加强大家对课程知识点的感性认知,特提供如下视频,帮助同学对于上学期所学的金属学知识进行回顾(钢材的冷轧和热轧变形——栋梁之材(百变金刚))以及冲压成形了解(不锈钢餐盘的制造过程),随后通过视频观看,让大家熟悉、理解金属的塑性成形过程。在认真观看和思考后,我们再具体对金属的冷塑性变形、热塑性变形及其超塑性变形展开学习。

 


通过视频的学习,大家对于固态金属塑性成形有了一定的认知,那么我们这一章学习内容中,哪些属于重难点?请大家掌握本章的重点和难点问题:

1、金属冷态下的塑性变形机理;(重点)

2、冷塑性变形对金属组织和性能的影响;(重点)

3、热塑性变形时金属的软化过程;

4、热塑性变形的机理;(重点)

5、热塑性变形对金属组织和性能的影响;(重点)

6、塑性指标和变形抗力的概念;

7、对塑性和变形抗力的影响因素;(重点)

8、超塑性的特点及变形机理;

同步为大家提供锻造、镦粗、冲裁、拉深、挤压等塑性成形的基本工艺,以及多晶体滑移和孪生变形的示意图,让大家对这一微观行为有所认知。