材料成型的物理冶金學基礎

前言

塑性加工不僅可使毛坯獲得所要求的形狀，而且也能在很大程度上改善材料的內部組織和性能。在許多情況下，改善塑性加工產品的組織性能已成為制定塑性加工工藝制度的主要出發(fā)點。例如，近30年間發(fā)展起來的微合金鋼控制軋制技術就在于改善微合金鋼的組織性能。本教材是為材料成型及控制工程專業(yè)學生和工程技術人員需要而編寫的，目的是為制定塑性加工工藝制度提供冶金學基礎。學習本教材時，讀者應具備一般的材料科學基礎和金屬學知識。本教材重點內容集中在塑性加工過程中的冶金學方面。第1章介紹金屬晶體構造的概念，掌握這些知識對于學習后面的章節(jié)十分重要。第2章從晶體的構造和原子（離子）之間相互作用的角度分析彈性變形的微觀本質。第3章介紹塑性變形的基本機構。第4章介紹金屬中最重要的缺陷——“位錯”，重點在于位錯的物理模型和用位錯運動解釋塑性變形。“位錯”一章占了較大篇幅，目前，大多數(shù)教材沒有系統(tǒng)地介紹過這方面的知識，而在今后的深造或閱讀科技文獻時，經常會用到“位錯”的概念。第5章闡述工程材料塑性變形的基本現(xiàn)象。第6章介紹工程材料中最重要的鋼的熱變形過程和鋼的熱機械處理，包括通過嚴格控制塑性加工工藝制度來提高鋼材強韌性的應用實例。第7章介紹軋制深沖用薄鋼板和電工用薄鋼板時的組織變化，這兩種工業(yè)產品是通過在材料中形成特定的“織構”來挖掘材料潛力的典型實例。第8章闡述鋼的脆性和強韌性。第9章以較大篇幅闡述鋼的可加工性。可加工性是材料接受變形，順利完成塑性加工過程所必備的性質。本教材是在趙嘉蓉和趙剛主編的《金屬塑性加工的冶金學基礎》一書的基礎上編寫的，增加了習題部分，以便于學生復習。其中第1～4章由吳志方編寫，第5-6章由葉傳龍編寫，第7～9章由趙剛編寫。楊海林和陳江峰碩士研究生對本書的文字及圖表進行了整理和校對。本書的編寫過程和出版得到趙嘉蓉教授和武漢科技大學材料與冶金學院的大力支持，謹此一并深表謝意。由于編者水平所限，書中有不妥之處，敬請讀者批評指正。

內容概要

《材料成型的物理冶金學基礎》是根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)(本科)的教學計劃和物理冶金學基礎課程教學大綱的要求編寫的。全書共分9章，內容包括金屬塑性變形的物理本質、金屬變形的基本規(guī)律、金屬材料加工的工藝和組織性能變化及其控制的基本原理，章后附有習題。
本教材可作為材料成型及控制工程專業(yè)本科生教材，也可供本專業(yè)研究生、有關教師及相關專業(yè)技術人員參考。

書籍目錄

1  金屬晶體的描述1.1  金屬的晶體結構1.1.1  晶體的概念1.1.2  三種常見的金屬晶格1.1.3  三種典型晶格的致密度及晶面和晶向的分析1.1.4  晶體的各向異性1.2  金屬的實際結構和晶體缺陷1.2.1  多晶體結構1.2.2  點缺陷1.2.3  線缺陷1.2.4  面缺陷1.2.5  面心立方和密排六方晶體中原子的堆垛和堆垛缺陷習題2  彈性變形2.1  引言2.2  金屬晶體中原子間結合力2.2.1  兩原子間的相互作用力2.2.2  兩排原子間的相互作用力2.3  彈性變形2.3.1  彈性變形2.3.2  彈性應變能2.3.3  理論最大許可彈性應變2.3.4  胡克定律和彈性模量習題3  塑性變形的基本機構3.1  滑移3.2  滑移系3.3  臨界切應力定律3.4  滑移系的轉動和多系滑移3.5  交滑移3.6  切應變與線應變的關系3.7  孿生3.8  溫度對變形機構的影響3.9  滑移的理論臨界切應力習題4  位錯4.1  位錯的幾何模型4.2  柏氏矢量和位錯結構4.3  位錯環(huán)和混合位錯4.4  曲折位錯4.5  位錯密度4.6  彈性應力場和彈性應變能4.7  位錯的線張力4.8  位錯沿滑移面運動引起滑移4.9  位錯的保守運動與應變的關系4.10  作用在位錯線上的力4.11  晶體點陣對位錯運動的阻力4.12  使位錯線彎曲所需的力4.13  位錯應力場之間的相互作用4.14  位錯交截4.15  位錯在不可逾越的障礙附近塞積4.16  位錯與點缺陷的交互作用4.17  位錯的萌生和排列4.18  位錯增殖4.19  擴展位錯4.20  面心立方結構金屬中的位錯習題5  鋼的塑性變形和流動應力5.1  單個晶體的塑性變形和流動應力5.1.1  流動應力的來源5.1.2  溫度和應變速度對位錯運動阻力的影響5.1.3  加工硬化5.2  多晶體的塑性變形和流動應力5.2.1  晶粒之間變形協(xié)調和平均取向因子5.2.2  變形在晶粒之間傳播5.2.3  擴展的霍爾-佩奇公式5.2.4  多晶材料的加工硬化和鋼的流動應力數(shù)學模型5.3  提高金屬屈服強度的途徑5.4  屈服現(xiàn)象和應變老化5.5  包申格效應習題6  鋼的熱機械處理6.1  引言6.2  鋼熱軋時奧氏體的組織和熱變形流動應力6.2.1  鋼熱軋時的回復和再結晶6.2.2  熱變形結束時刻奧氏體的狀態(tài)圖示6.2.3  熱變形結束后在高溫停留時奧氏體的回復和再結晶6.2.4  描述熱加工時奧氏體狀態(tài)變化的綜合圖示6.2.5  鋼熱加工時奧氏體組織演變的數(shù)學模型6.2.6  鋼熱變形時流動應力的數(shù)學模型6.3  低合金鋼的控制軋制6.3.1  概述6.3.2  控制軋制中鐵素體晶粒尺寸的控制6.3.3  控軋過程中的沉淀強化6.3.4  綜合考察控制軋制鋼的強化6.3.5  控制軋制工業(yè)用鋼6.3.6  熱軋冶金過程的計算機模擬6.3.7  雙相鋼6.4  低溫形變熱處理6.4.1  概述6.4.2  鋼的成分6.4.3  工藝參數(shù)6.4.4  奧氏體形變熱處理中的組織變化6.4.5  強化機制6.4.6  奧氏體形變熱處理工業(yè)用鋼6.5  等溫形變熱處理6.6  高溫形變熱處理習題7  織構及其在工業(yè)上的應用7.1  織構的一般概念7.1.1  形變織構和再結晶織構7.1.2  織構的描述7.2  深沖用薄鋼板的組織與性能控制7.2.1  深沖用薄鋼板(鋼帶)應具備的主要性能7.2.2  深沖用薄板的組織7.2.3  深)中用薄鋼板的生產特點7.2.4  薄板沖壓性能的測定方法7.3  冷軋取向硅鋼的組織與性能控制7.3.1  主要的性能指標7.3.2  組織和成分7.3.3  取向硅鋼的生產工藝特點7.3.4  取向硅鋼的發(fā)展習題8  鋼的脆性斷裂8.1  強度、塑性和脆性的一般概念8.2  鋼的脆斷8.2.1  微裂紋形成機構8.2.2  裂紋擴展的條件8.3  沖擊試驗8.3.1  脆性斷裂的外部條件8.3.2  缺口沖擊試驗8.3.3  轉變溫度曲線的意義8.4  影響脆性轉變溫度的冶金學因素習題9  金屬的塑性和可加工性9.1  基本概念9.1.1  塑性9.1.2  可加工性9.2  塑性斷裂機制9.2.1  微孔的形成和發(fā)展9.2.2  微孔的修復9.3  影響可加工性的因素9.3.1  金屬化學成分和組織狀態(tài)的影響9.3.2  加工條件的影響9.3.3  提高可加工性的途徑9.4  軋制過程中的缺陷9.4.1  軋制板帶時的缺陷9.4.2  軋制方鋼時的缺陷9.4.3  軋制異型鋼時的缺陷9.4.4  軋制管材時的缺陷9.5  可加工性的試驗研究9.5.1  拉伸試驗9.5.2  扭轉試驗9.5.3  壓縮試驗9.5.4  彎曲試驗9.5.5  軋制試驗9.5.6  塑性圖及其應用9.6  可加工性的預測9.6.1  塑性斷裂準則9.6.2  可加工性的預測9.7  金屬的超塑性9.7.1  超塑性的種類9.7.2  細晶超塑性的特征9.7.3  細晶超塑性的變形機理習題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：傳統(tǒng)的鋼熱機械處理的工藝流程包括鋼錠的鑄造（其規(guī)格為l～50t）或連鑄，把鋼錠或鑄坯加熱到很高的溫度（1200～1300℃），然后逐漸地熱軋成鋼坯、型材和鋼板。加工中通過鋼在奧氏體狀態(tài)下反復再結晶，逐漸地降低鑄造過程中產生的成分偏析，使原始粗大的鑄造組織破碎。此外，不可避免地存在于鋼中的非金屬夾雜即氧化物、硅酸鹽、硫化物等也被粉碎，有的則被變形并均勻地分布于整個鋼中。因此，熱變形是消除不均勻的鑄造組織，改善鋼材性能的重要手段。隨著物理冶金學的進展以及軋制工藝控制、檢測技術的發(fā)展，現(xiàn)代的熱軋生產正在逐步地成為一種十分嚴密的工藝操作，它可以有效地控制熱軋鋼的奧氏體的組織（狀態(tài)），使得經過熱變形后的奧氏體不同于熱處理時單純加熱到奧氏體溫度區(qū)而形成的奧氏體組織。因此，通過對熱軋工藝參數(shù)的控制，可以最終控制由奧氏體相變而形成的鋼的最終組織和性能。常用的熱機械處理有控制軋制、低溫形變熱處理、等溫形變熱處理和高溫形變熱處理等。

編輯推薦

《材料成型的物理冶金學基礎》由冶金工業(yè)出版社出版。

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