本书共5篇20章，涵盖金属材料固-液成形理论及应用技术两部分。理论部分包括金属材料固-液成形流变学、固-液成形高压凝固学及固-液成形塑性力学等内容；应用技术部分包括金属材料固-液成形学、工程应用学及质量控制等。重点给出了液态模锻、液态挤压、半固态成形及双控成形等金属材料成形工艺的原理、工艺选择、应用范围及应用实例。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 金属材料加工分类 1
1.1.1 枝晶材料固-液态加工 2
1.1.2 非枝晶材料半固态加工 5
1.2 金属材料加X链 12
1.2.1 固-液成形技术的工艺构成 12
1.2.2 金属材料成形发展路线 12
1.2.3 金属材料加工链的生成 14
1.2.4 金属加工链的物理意义 14
1.3 金属材料固-液成形技术舰框架 15
1.3.1 理论框架 15
1.3.2 三个科学问题 15
1.3.3 一个典型过程 17
1.3.4 成形制件质量控制 17
1.4 历史与展望 18
1.4.1 发展历史 18
1.4.2 发展趋势与展望 20
参考文献 22
第一篇 固液态金属流变学
第2章 固-液态金属流变学基础 25
2.1 固-液态金属流变学麵 25
2.1.1 牛顿型流动 25
2.1.2 非牛顿型流动 27
2.1.3 广义牛顿型流体 28
2.1.4 依时性非牛顿型流体 30
2.1.5 胡克弹性体的弹性流动 31
2.1.6 圣维南体的塑性流动 32
2.1.7 简单的流变模型 33
2.2 网络结构模型 34
2.2.1 物质内部结构的网络特征 34
2.2.2 网络形成熵 39
2.3 基本方程组 40
2.3.1 连续性方程——质量守恒定律 40
2.3.2 动量方程——动量守恒定律 42
2.3.3 能量方程——能量守恒定律 43
2.3.4 热力学方程 44
2.4 本构方程 45
2.4.1 牛顿型流体的本构方程 45
2.4.2 广义牛顿型流体的本构方程 46
参考文献 47
第3章 两种结构的固-液态金属流变学行为及触变特性 48
3.1 枝晶结构固-液态金属流变学 48
3.1.1 枝晶结构组织特征 48
3.1.2 液态模锻下“补缩”流变学行为 49
3.1.3 热裂纹形成的流变学行为 49
3.2 非枝晶结构固-液态金属流变学 50
3.2.1 半固态金属加工流动模型 51
3.2.2 半固态金属流变学行为 52
3.3 触变行为 58
3.4 高固相体积分数半固态ZK60-RE触变行为研究 61
3.4.1 影响因素分析 61
3.4.2 半固态合金触变行为的微观机制 70
3.4.3 高固相体积分数半固态等温压缩过程固-液相变化机制 71
3.5 网络结构与触变行为 74
3.5.1 低固相体积分数下网络结构与触变流动 74
3.5.2 高固相体积分数下网络结构与触变流动 75
3.5.3 耗散理论解释破坏与重建 75
参考文献 77
第4章 流变学在固-液态金属加工中的应用 78
4.1 流变学在枝晶结构固-液态加工中的应用 78
4.1.1 引言 78
4.1.2 铸造合金的流变性能 78
4.1.3 压铸充型中的流变学问题 80
4.1.4 缩松形成的流变学行为 81
4.2 流变学在半固态金属加工中的应用 82
4.2.1 剪切应力场生成 82
4.2.2 半固态金属模锻成形 83
4.2.3 半固态金属压铸成形 90
4.2.4 半固态金属射注成形 103
参考文献 107
第二篇 金属材料高压凝固学
第5章 高压凝固过程的传热 111
5.1 常压下凝固过程传热特点 111
5.1.1 热量传输 111
5.1.2 两界面呈动态迁移 112
5.1.3 “三传”耦合 113
5.2 高压下金属凝固过程的传热特点 113
5.3 金属固-液压力加工模具温度场 115
5.3.1 液态模锻下模具温度场 115
5.3.2 液态挤压下模具温度场 120
5.4 液态模锻下熔体的温度场 124
5.4.1 液态模锻下熔体温度场的试验测定 124
5.4.2 压力下熔体全温度场 125
参考文献 127
第6章 高压凝固下的质量传输及成分过冷 128
6.1 常压下金属凝固过程的传质 128
6.1.1 完全平衡凝固条件下的溶质再分布 128
6.1.2 凝固时液相中只有扩散的溶质再分布 129
6.1.3 液相中完全混合的溶质再分布 131
6.1.4 液相中部分混合(有对流作用)的溶质再分布 132
6.2 常压下形成成分过冷的条件 134
6.3 成分过冷的过冷度 136
6.4 常压下界面稳定性与晶体形态 137
6.4.1 纯金属的晶体形态 137
6.4.2 成分过冷对合金晶体外貌的影响 137
6.4.3 胞晶组织的形成 139
6.5 液态模锻在高压下的成分过冷 140
6.5.1 合金本身的因素 140
6.5.2 工艺因素 141
6.6 液态模锻高压下“结构效应”142
6.7 偏析 144
6.7.1 偏析的基本特征 144
6.7.2 显微偏析 145
6.7.3 宏观偏析 146
6.7.4 液态模锻高压下压力对显微偏析的影响 148
6.7.5 液态模锻高压下压力对宏观偏析的影响 149
6.8 液态模锻下压力对晶体长大中形成的结构缺陷的影响 153
6.8.1 空位的形成 153
6.8.2 位错的形成 153
6.8.3 压力对晶格空位和位错的影响 154
6.9 液态模锻下压力对气体析出过程的影响 154
6.9.1 气体在金属中的溶解度 155
6.9.2 气泡的形成 156
6.9.3 压力对气体析出过程的影响 156
参考文献 158
第7章 高压凝固热力学 159
7.1 固-液金属结构 159
7.2 高压固三种热力学模型 160
7.2.1 绝热压缩型 160
7.2.2 等温压缩型 161
7.2.3 混合压缩型 162
7.3 高压固下金属和合金的热物理錄 163
7.3.1 熔化温度 163
7.3.2 热导率 164
7.3.3 密度 165
7.3.4 结晶潜热和比热容 166
7.4 高压麵下合金相图的特点 166
7.4.1 铁-碳相图 167
7.4.2 铝-桂状态图 170
参考文献 171
第8章 高压凝固下的固化机制 172
8.1 高压固雜条件与特点 172
8.1.1 凝固时体收缩金属的热力学条件 172
8.1.2 凝固时体膨胀的金属和合金的热力学条件 173
8.2 高压固下金属和合金麵的动力学条件 173
8.2.1 形核率 174
8.2.2 长大线速率 178
8.2.3 压力与动力学条件的关系 180
8.3 压力作用下合金的石墨化 181
参考文献 186
第9章 高压下金属液的凝固过程 187
9.1 高压下金属液的动态凝固过程 187
9.1.1 浇注时的机械冲刷 187
9.1.2 金属液内的自然对流 188
9.1.3 异形冲头作用下金属液的反向流动 191
9.1.4 硬壳层塑性变形时的金属液流动 191
9.1.5 选择结晶产生的低熔点物质流动 192
9.2 高压下金属液的凝固方式 192
9.2.1 大气压下的低碳钢凝固方式 192
9.2.2 高压凝固时温度场的分布 193
9.2.3 高压凝固时金属液凝固的特点 194
9.2.4 高压下低碳钢的凝固方式 195
9.3 高压固下的收缩过程 197
9.3.1 压力对收缩过程的影响 197
9.3.2 液态模锻件的收缩特征 198
9.4 高压下的凝固时间及方程 203
9.4.1 理论公式的推导 203
9.4.2 液态模锻凝固时间方程 204
9.4.3 高压凝固时间的试验测定 207
参考文献 209
第三篇 金属材料固液塑性力学
第10章 枝晶态固-液塑性力学 213
10.1 液态模锻下固-麵性变形 213
10.1.1 两种力学模型 213
10.1.2 塑性变形机制分析 214
10.1.3 液态模锻下塑性变形力学解析解 222
10.2 液态挤压下的固-液塑性变形 229
10.2.1 固-液挤压过程建立要素 230
10.2.2 各要素的协调关系 240
10.3 液态浸渗后直接挤压 240
10.3.1 液态浸渗过程的研究 240
10.3.2 液态浸渗后直接挤压工艺的研究 244
参考文献 252
第11章 球晶结构固-液态金属（半固态)塑性力学 253
11.1 不同固相体积分数下的本构方程 253
11.2 触变强度 254
11.3 高固相体积分数SiCp/2024复合材料的本构模型 259
11.4 半固态塑性变形机制 268
参考文献 269
第四篇 金属材料固-液成形学
第12章 液态模锻 273
12.1 液态模锻工艺特点及适用范围 273
12.1.1 工艺方法分类 273
12.1.2 工艺特点 276
12.1.3 工艺适应范围 276
12.2 液态模锻模具、工艺及设备 277
12.2.1 液态模锻模具设计 277
12.2.2 液态模锻设备 286
12.2.3 液态模锻工艺参数 293
12.3 液态模锻件组织性能 295
12.3.1 组织与性能 295
12.3.2 性能与组织关系 302
参考文献 302
第13章 液态挤压 303
13.1 管、棒、型材液态挤压 303
13.1.1 管材液态挤压 303
13.1.2 型材液态挤压 311
13.1.3 线、棒材液态挤压 312
13.2 液态挤压强韧化 314
13.2.1 锌基合金液态挤压强韧化 314
13.2.2 ZL108铝合金液态挤压强韧化 327
13.3 液态挤压过程模拟 333
13.3.1 程序设计及参数选取 333
13.3.2 模拟结果 335
参考文献 339
第14章 半固态成形 340
14.1 工艺特点及应用范围 340
14.1.1 半固态成形的特点 341
14.1.2 半固态成形的适用范围 342
14.2 半固态成形用材料及其制备方法 342
14.2.1 半固态成形用材料 342
14.2.2 半固态成形用材料的制备方法 345
14.3 非枝晶组织及形成机制 352
14.3.1 非枝晶组织特征 352
14.3.2 搅拌过程中微观组织的形成与演化 354
14.3.3 非枝晶形成机制 356
14.4 金属在半固态等温热处理过程中的组织演化 359
14.5 半固态金属坯料重熔（二次加热） 360
14.6 半固态成形技术 362
14.6.1 半固态压铸 362
14.6.2 半固态触变模锻 365
14.6.3 触变注射成形 367
参考文献 368
第15章 双控(控形、控性)成形 369
15.1 双控成形工艺简介 369
15.2 双控成形技术分析及工艺参数 371
15.2.1 双控生产中的合金液充型过程分析 371
15.2.2 双控生产中的锻造过程分析 373
15.2.3 双控成形工艺参数 374
15.3 双控成形模具设计 376
15.4 双控成形设备 377
15.5 双控成形生产 378
15.6 摩托车发动机镁合金外壳双控成形 379
15.7 摩托车镁合金轮毂双控成形 382
15.7.1 引言 382
15.7.2 镁合金卧式铸锻双控成形机及工艺过程 383
15.7.3 摩托车轮毂双控成形模具设计 384
15.7.4 镁合金摩托车轮毂铸锻双控成形性分析 388
参考文献 399
第五篇 工程应用学及质量控制
第16章 钢质液态模锻 403
16.1 钢质液态模锻生产 403
16.1.1 模具准备 403
16.1.2 操作要点 404
16.1.3 钢质液态模锻件的检验 406
16.2 实际应用 407
16.2.1 钢平法兰 407
16.2.2 钢质杯形件 414
参考文献 432
第17章 有色金属液态模锻 433
17.1 铝合金件液态模锻生产实例 433
17.1.1 汽车铝轮毂 433
17.1.2 摩托车铝轮毂 436
17.1.3 铝合金薄壁板件液态模锻 439
17.2 铜合金件的生产实例 440
17.2.1 滑块壳体液态模锻 440
17.2.2 黄铜阀体 442
17.3 锌合金液态模锻 444
17.3.1 增氧机锌合金涡轮 444
17.3.2 锌合金齿轮 445
17.4 镁合金液态模锻 446
17.4.1 镁合金轴筒 446
17.4.2 镁合金壳体 448
参考文献 450
第18章 半固态成形工艺应用 451
18.1 半固态成形工艺应用现状及前景分析 451
18.1.1 流变成形应用 451
18.1.2 触变成形应用 456
18.2 铝合金半固态成形 459
18.2.1 在汽车领域应用 459
18.2.2 在非汽车领域中应用 465
18.3 镁合金半固态成形 466
18.4 高熔点合金半固态成形 469
参考文献 471
第19章 金属基复合材料固-液成形工艺 472
19.1 固-液模锻工艺 472
19.1.1 关键技术 473
19.1.2 典型复合材料液态模锻件成形与组织性能 479
19.1.3 应用实例 487
19.2 液态浸渗后直接挤压Al203sf/Al复合材料组织与性能研究 495
19.2.1 Al203sf/Al复合材料组织研究 495
19.2.2 Al203sf/Al复合材料界面研究 498
19.2.3 Al203sf/Al复合材料性能研究 502
19.3 金属基复合材料半固态成形 505
19.3.1 引言 505
19.3.2 基本原理 505
19.3.3 金属基复合材料半固态坯(浆)料制备方法 506
19.3.4 电磁搅拌制备颗粒增强金属基复合材料 507
19.3.5 碳化物颗粒/Cu复合材料半固态制备 514
19.3.6 应用实例 516
参考文献 522
第20章 金属材料固-液成形质量及控制 524
20.1 液态模锻缺陷形成及对策 524
20.2 液态挤压缺陷形成及控制 528
20.2.1 液态挤压缺陷分析 528
20.2.2 影响制件质量的主要因素 531
20.3 半固态铸造的缺陷分析 533
20.4 金属基复合材料固-液成形质量分析 534
参考文献 534
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