材料成型的物理冶金學(xué)基礎(chǔ)

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(nèi)部組織和性能。在許多情況下，改善塑性加工產(chǎn)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(diǎn)。例如，近30年間發(fā)展起來的微合金鋼控制軋制技術(shù)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(xué)生和工程技術(shù)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(xué)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本教材時(shí)，讀者應(yīng)具備一般的材料科學(xué)基礎(chǔ)和金屬學(xué)知識(shí)。本教材重點(diǎn)內(nèi)容集中在塑性加工過程中的冶金學(xué)方面。第1章介紹金屬晶體構(gòu)造的概念，掌握這些知識(shí)對(duì)于學(xué)習(xí)后面的章節(jié)十分重要。第2章從晶體的構(gòu)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(zhì)。第3章介紹塑性變形的基本機(jī)構(gòu)。第4章介紹金屬中最重要的缺陷——“位錯(cuò)”，重點(diǎn)在于位錯(cuò)的物理模型和用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)解釋塑性變形。“位錯(cuò)”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(shí)，而在今后的深造或閱讀科技文獻(xiàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到“位錯(cuò)”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(jī)械處理，包括通過嚴(yán)格控制塑性加工工藝制度來提高鋼材強(qiáng)韌性的應(yīng)用實(shí)例。第7章介紹軋制深沖用薄鋼板和電工用薄鋼板時(shí)的組織變化，這兩種工業(yè)產(chǎn)品是通過在材料中形成特定的“織構(gòu)”來挖掘材料潛力的典型實(shí)例。第8章闡述鋼的脆性和強(qiáng)韌性。第9章以較大篇幅闡述鋼的可加工性?？杉庸ば允遣牧辖邮茏冃危樌瓿伤苄约庸み^程所必備的性質(zhì)。本教材是在趙嘉蓉和趙剛主編的《金屬塑性加工的冶金學(xué)基礎(chǔ)》一書的基礎(chǔ)上編寫的，增加了習(xí)題部分，以便于學(xué)生復(fù)習(xí)。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(duì)本書的文字及圖表進(jìn)行了整理和校對(duì)。本書的編寫過程和出版得到趙嘉蓉教授和武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院的大力支持，謹(jǐn)此一并深表謝意。由于編者水平所限，書中有不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

《材料成型的物理冶金學(xué)基礎(chǔ)》是根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)(本科)的教學(xué)計(jì)劃和物理冶金學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱的要求編寫的。全書共分9章，內(nèi)容包括金屬塑性變形的物理本質(zhì)、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(xí)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(guān)教師及相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1  金屬晶體的描述1.1  金屬的晶體結(jié)構(gòu)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(shí)際結(jié)構(gòu)和晶體缺陷1.2.1  多晶體結(jié)構(gòu)1.2.2  點(diǎn)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(xí)題2  彈性變形2.1  引言2.2  金屬晶體中原子間結(jié)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(yīng)變能2.3.3  理論最大許可彈性應(yīng)變2.3.4  胡克定律和彈性模量習(xí)題3  塑性變形的基本機(jī)構(gòu)3.1  滑移3.2  滑移系3.3  臨界切應(yīng)力定律3.4  滑移系的轉(zhuǎn)動(dòng)和多系滑移3.5  交滑移3.6  切應(yīng)變與線應(yīng)變的關(guān)系3.7  孿生3.8  溫度對(duì)變形機(jī)構(gòu)的影響3.9  滑移的理論臨界切應(yīng)力習(xí)題4  位錯(cuò)4.1  位錯(cuò)的幾何模型4.2  柏氏矢量和位錯(cuò)結(jié)構(gòu)4.3  位錯(cuò)環(huán)和混合位錯(cuò)4.4  曲折位錯(cuò)4.5  位錯(cuò)密度4.6  彈性應(yīng)力場(chǎng)和彈性應(yīng)變能4.7  位錯(cuò)的線張力4.8  位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)引起滑移4.9  位錯(cuò)的保守運(yùn)動(dòng)與應(yīng)變的關(guān)系4.10  作用在位錯(cuò)線上的力4.11  晶體點(diǎn)陣對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力4.12  使位錯(cuò)線彎曲所需的力4.13  位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)之間的相互作用4.14  位錯(cuò)交截4.15  位錯(cuò)在不可逾越的障礙附近塞積4.16  位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用4.17  位錯(cuò)的萌生和排列4.18  位錯(cuò)增殖4.19  擴(kuò)展位錯(cuò)4.20  面心立方結(jié)構(gòu)金屬中的位錯(cuò)習(xí)題5  鋼的塑性變形和流動(dòng)應(yīng)力5.1  單個(gè)晶體的塑性變形和流動(dòng)應(yīng)力5.1.1  流動(dòng)應(yīng)力的來源5.1.2  溫度和應(yīng)變速度對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(dòng)應(yīng)力5.2.1  晶粒之間變形協(xié)調(diào)和平均取向因子5.2.2  變形在晶粒之間傳播5.2.3  擴(kuò)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(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型5.3  提高金屬屈服強(qiáng)度的途徑5.4  屈服現(xiàn)象和應(yīng)變老化5.5  包申格效應(yīng)習(xí)題6  鋼的熱機(jī)械處理6.1  引言6.2  鋼熱軋時(shí)奧氏體的組織和熱變形流動(dòng)應(yīng)力6.2.1  鋼熱軋時(shí)的回復(fù)和再結(jié)晶6.2.2  熱變形結(jié)束時(shí)刻奧氏體的狀態(tài)圖示6.2.3  熱變形結(jié)束后在高溫停留時(shí)奧氏體的回復(fù)和再結(jié)晶6.2.4  描述熱加工時(shí)奧氏體狀態(tài)變化的綜合圖示6.2.5  鋼熱加工時(shí)奧氏體組織演變的數(shù)學(xué)模型6.2.6  鋼熱變形時(shí)流動(dòng)應(yīng)力的數(shù)學(xué)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(qiáng)化6.3.4  綜合考察控制軋制鋼的強(qiáng)化6.3.5  控制軋制工業(yè)用鋼6.3.6  熱軋冶金過程的計(jì)算機(jī)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(qiáng)化機(jī)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(xí)題7  織構(gòu)及其在工業(yè)上的應(yīng)用7.1  織構(gòu)的一般概念7.1.1  形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)7.1.2  織構(gòu)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(yīng)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(chǎn)特點(diǎn)7.2.4  薄板沖壓性能的測(cè)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(biāo)7.3.2  組織和成分7.3.3  取向硅鋼的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)7.3.4  取向硅鋼的發(fā)展習(xí)題8  鋼的脆性斷裂8.1  強(qiáng)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(jī)構(gòu)8.2.2  裂紋擴(kuò)展的條件8.3  沖擊試驗(yàn)8.3.1  脆性斷裂的外部條件8.3.2  缺口沖擊試驗(yàn)8.3.3  轉(zhuǎn)變溫度曲線的意義8.4  影響脆性轉(zhuǎn)變溫度的冶金學(xué)因素習(xí)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(jī)制9.2.1  微孔的形成和發(fā)展9.2.2  微孔的修復(fù)9.3  影響可加工性的因素9.3.1  金屬化學(xué)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(shí)的缺陷9.4.2  軋制方鋼時(shí)的缺陷9.4.3  軋制異型鋼時(shí)的缺陷9.4.4  軋制管材時(shí)的缺陷9.5  可加工性的試驗(yàn)研究9.5.1  拉伸試驗(yàn)9.5.2  扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)9.5.3  壓縮試驗(yàn)9.5.4  彎曲試驗(yàn)9.5.5  軋制試驗(yàn)9.5.6  塑性圖及其應(yīng)用9.6  可加工性的預(yù)測(cè)9.6.1  塑性斷裂準(zhǔn)則9.6.2  可加工性的預(yù)測(cè)9.7  金屬的超塑性9.7.1  超塑性的種類9.7.2  細(xì)晶超塑性的特征9.7.3  細(xì)晶超塑性的變形機(jī)理習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：傳統(tǒng)的鋼熱機(jī)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?zé)彳埑射撆?、型材和鋼板。加工中通過鋼在奧氏體狀態(tài)下反復(fù)再結(jié)晶，逐漸地降低鑄造過程中產(chǎn)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(gè)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(xué)的進(jìn)展以及軋制工藝控制、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的熱軋生產(chǎn)正在逐步地成為一種十分嚴(yán)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(jīng)過熱變形后的奧氏體不同于熱處理時(shí)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(duì)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(jī)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(xué)基礎(chǔ)》由冶金工業(yè)出版社出版。

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