材料成形原理_贺战文主编李晖、杨军胜副主编_9787122483034

高等学校教材《材料成形原理》系统阐述了材料成形的核心理论与应用，涵盖液态金属结构、凝固理论与温度场、结晶动力学与组织控制、铸件组织及缺陷控制、焊接冶金与性能等关键内容。本书为材料成形工艺优化提供理论支撑，注重理论与工程实践结合，从基础理论延伸至实际工艺；体现多学科交叉，融合热力学、动力学、传热学等知识；融入思政元素，体现学科育人价值。本书可供高等学校材料成型与控制工程、金属材料、机械设计制造及自动化等专业教学使用，也可供材料成形教学、科研人员参考。

在材料科学与工程领域，材料成形作为关键环节，决定了材料能否转化为满足各种工程需求的零部件与产品。从日常使用的电子产品外壳，到汽车发动机的关键部件，再到航空航天领域的高精尖零件，材料成形无处不在，其重要性不言而喻。《材料成形原理》作为材料成形及控制工程专业的核心理论课程，致力于揭示材料成形过程中的内在规律与物理本质，为后续的工艺学习与实践操作筑牢根基。
本书系统阐述了材料成形过程中能量流、物质流和信息流的规律，深入剖析其物理本质。在内容编排上，全面涵盖液态成形、塑性成形、焊接成形等主要成形方法的基本原理以及各种成形技术的基本原理、理论基础。通过对这些内容的学习，读者能够深入理解材料成形过程中涉及的传热、传质、能量传递以及冶金反应等物理、化学现象，掌握材料在不同成形条件下的组织演变与性能变化规律。
本书包括以下主要内容：
1）液态金属和合金的结构、性质，液态金属与合金凝固结晶的基本规律及结晶过程中的伴随现象，冶金处理对凝固组织与材料性能的影响。
2）液态成形过程中的物理、化学冶金现象和内部规律，成形质量分析和控制方法。
3）金属塑性成形的力学基础、塑性成形的基本原理和分析方法。
本书不仅详细阐述基本理论知识，还辅以大量实际工程案例与应用分析，帮助读者更好地理解抽象的原理，学会运用理论知识解决实际问题。本书在每一章的最后都引入了课程思政内容，将课程思政元素有机融入本书。在讲述材料成形技术发展历程时，展现我国材料领域先辈们攻坚克难、勇于创新的奋斗精神。在分析工程案例中，强调质量意识、安全意识与环保理念。通过课程思政的浸润，让读者在掌握专业知识的同时，实现思想道德素养的同步提升。希望读者能充分利用本书资源，积极探索学习。愿本书成为读者开启材料成形知识大门的钥匙，助力读者在材料科学领域不断前行，为我国材料事业的发展贡献力量。
本书由武汉轻工大学贺战文担任主编，编写第一、三、四、五、六、七、八和第十一章；武汉轻工大学杨军胜编写第二章；陈继兵编写第九章；李晖编写第十章。全书由贺战文统稿，由陆家居校稿。
本书的编写得到了武汉轻工大学教材建设基金资助项目的资助，在此表示感谢！
尽管编者全力以赴，但书中难免存在不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见与建议，以便后续修订完善。

贺战文

绪论001
一、材料成形基本原理及其理论指导意义001
二、材料成形原理的发展002
三、材料成形原理课程的任务与内容004
第一章液态金属的结构与性质005
第一节引言005
第二节液态金属的结构006
一、液体与固体、气体结构比较及衍射特征006
二、由物质熔化过程认识液态金属结构007
三、液态金属结构的理论模型008
四、实际金属结构的理论模型009
第三节液态合金的性质010
一、液态合金的黏度010
二、液态合金的表面张力013
课程思政内容的思考020
思考与练习020

第二章液态金属的凝固与传热021
第一节液态金属的充型能力021
一、液态金属充型能力的基本概念021
二、液态金属停止流动机理与充型能力023
三、影响充型能力的因素024
第二节传热基本原理025
一、温度场与传热学的基本理论025
二、凝固传热的基本方程026
三、凝固温度场的求解方法027
第三节铸造过程温度场028
一、半无限大平板铸件凝固过程的一维不稳定温度场029
二、铸件凝固时间计算031
三、界面热阻与实际凝固温度场033
四、铸件凝固方式及其影响因素034
课程思政内容的思考035
思考与练习035

第三章液态金属的结晶形核与生长036
第一节凝固热力学036
一、液-固相变驱动力036
二、曲率、压力对物质熔点的影响037
第二节均质形核038
一、形核功及临界半径038
二、形核率039
第三节非均质形核040
一、非均质形核形核功040
二、非均质形核的形核条件042
第四节晶体生长043
一、固-液界面结构及其影响因素043
二、晶体生长方式045
三、晶体生长速度046
四、晶体生长中位错的形成047
课程思政内容的思考047
思考与练习047

第四章单相及多相合金的结晶048
第一节溶质平衡分配系数048
第二节凝固过程中溶质再分配050
一、平衡凝固条件下的溶质再分配050
二、固相无扩散而液相充分混合均匀的溶质再分配051
三、固相中无扩散而液相中只有有限扩散的溶质再分配052
四、液相中部分混合（有对流作用）的溶质再分配055
第三节合金凝固界面前沿的成分过冷058
第四节成分过冷对合金单相固溶体结晶形态的影响060
一、热过冷及其对纯金属液固界面形态的影响060
二、成分过冷对合金固溶体晶体形貌的影响规律061
三、窄成分过冷作用下的胞状组织的形成及其形貌061
四、较宽成分过冷作用下的枝晶生长063
五、等轴晶的形成与内生生长064
六、枝晶间距065
第五节共晶合金的凝固066
课程思政内容的思考067
思考与练习067

第五章铸件与焊缝宏观组织及其控制068
第一节铸件的宏观组织068
第二节表面激冷晶区及柱状晶区的形成069
一、表面激冷晶区的形成069
二、柱状晶区的形成069
第三节内部等轴晶的形成机理070
一、成分过冷理论070
二、激冷等轴晶型壁脱落与游离理论071
三、枝晶熔断及结晶雨理论072
第四节铸件宏观结晶组织的控制072
一、合理地控制浇注工艺和冷却条件073
二、孕育处理074
三、动力学细化076
课程思政内容的思考077
思考与练习077

第六章铸件缺陷的形成机理及控制078
第一节气孔与夹杂的形成机理及控制078
一、气孔078
二、夹杂物085
第二节缩孔与缩松的形成原理089
一、金属的收缩089
二、缩孔与缩松的分类及特征092
三、缩孔与缩松的形成机理093
四、影响缩孔与缩松的因素及防止措施096
第三节化学成分的偏析099
一、微观偏析099
二、宏观偏析101
第四节变形与裂纹103
一、铸件应力的基本概念103
二、铸件的变形和冷裂103
三、热裂105
课程思政内容的思考106
思考与练习106

第七章焊缝及热影响区的组织与性能107
第一节焊接热循环条件下的金属组织转变特点107
一、焊接过程的特殊性107
二、焊接热过程的组织转变107
三、焊接冷却过程的组织转变109
第二节焊接熔池凝固及控制110
一、熔池凝固条件110
二、熔池结晶特征110
三、熔池结晶组织的细化113
第三节焊接热影响区的组织与性能分析114
第四节焊接热影响区的性能116
课程思政内容的思考120
思考与练习120

第八章焊接过程中的冶金及反应原理、焊接缺陷控制121
第一节焊接金属与气体的反应121
一、气体的来源121
二、气体在金属中的溶解123
三、气体对金属的氧化126
四、气体的影响与控制128
第二节液态金属与熔渣的相互作用130
一、熔渣的作用与分类131
二、熔渣的来源与构成132
三、熔渣的碱度132
四、渣相的物理性质133
五、活性熔渣对金属的氧化135
第三节控制焊接应力的措施136
第四节热裂纹137
一、热裂纹的分类及特征137
二、热裂纹的形成机理138
三、影响热裂纹形成的因素140
四、防止热裂纹的措施142
第五节冷裂纹143
一、冷裂纹的分类及特征143
二、影响冷裂纹产生的因素144
三、延迟裂纹的形成机理147
四、冷裂纹的控制148
第六节合金化149
一、合金化的目的149
二、合金化的方式149
三、合金元素的过渡系数及其影响因素150
四、焊缝金属化学成分的计算与控制152
课程思政内容的思考154
思考与练习154

第九章应力与应变理论155
第一节应力空间156
一、应力的概念156
二、点的应力状态158
三、张量和应力张量159
四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面161
五、主切应力和最大切应力165
六、应力偏张量和应力球张量167
七、八面体应力和等效应力168
八、应力莫尔（Mohr）圆169
九、应力平衡微分方程171
第二节应变空间173
一、应变的概念173
二、应变与位移的关系（小变形几何方程）174
三、应变张量分析176
课程思政内容的思考178
思考与练习178

第十章塑性与屈服准则179
第一节塑性179
一、塑性的基本概念179
二、塑性指标179
第二节屈服准则181
一、屈服准则的一般概念181
二、屈服准则的一般形式181
三、屈服表面182
四、Tresca屈服准则183
五、Mises屈服准则184
六、屈服准则的几何表示186
七、两个屈服准则的比较187
八、应变硬化材料的屈服准则191
思考与练习191

第十一章本构方程193
第一节塑性变形时应力应变关系的特点193
一、应力-应变关系的特点及描述193
二、等效应力-等效应变曲线193
三、等效应力-等效应变曲线的简化模型194
四、弹性应力应变关系195
第二节塑性变形的增量理论196
一、 Levy-Mises理论196
二、 Prandtl-Reuss理论197
第三节塑性变形的全量理论198
课程思政内容的思考199
思考与练习199

参考文献201

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