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出版者:高等教育

作者:王英杰 编

出品人:

页数:287

译者:

出版时间:2001-7

价格:15.90元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040093896

丛书系列:

图书标签:

• 金属工艺
• 金属材料
• 材料科学
• 机械工程
• 制造技术
• 金属加工
• 工艺学
• 工业工程
• 金属热处理
• 焊接技术

金属工艺学 引言 金属，作为人类文明发展史上的重要基石，其独特的属性和广泛的应用，早已渗透到我们生活的方方面面。从古老的青铜器时代，到现代航空航天、精密制造，金属材料的每一次革新，都极大地推动了社会进步。而“金属工艺学”这门学科，正是揭示金属材料如何被加工、塑形、连接，最终转化为实用产品的科学与艺术的综合体。它不仅仅是关于金属本身的物理化学特性，更是关于人类智慧与双手如何与这些坚硬而富于潜力的物质进行互动，赋予其生命与价值的实践。 本书旨在深入探讨金属在不同工艺过程中的行为规律，解析各种加工技术的原理与应用，并在此基础上，引导读者理解如何根据实际需求，选择最适宜的金属材料和加工方法，以达到性能、效率与成本的最佳平衡。我们将一同探索金属的“前世今生”，从矿石的提炼，到精炼成材，再到千姿百态的最终产品，每一步都凝聚着科学的严谨与工艺的智慧。 第一部分：金属材料的基础 在深入探讨金属加工工艺之前，我们有必要先回顾和理解金属材料本身的基本属性。这一部分将着重于金属的微观结构、宏观性能以及它们之间的内在联系。 金属的晶体结构与晶界：金属并非是均匀的实体，而是由无数个微小的晶粒组成。理解这些晶粒的排列方式（如面心立方、体心立方、密排六方）是理解金属变形行为的基础。晶粒的大小、形状以及它们之间的界面（晶界）对金属的强度、塑性和韧性有着至关重要的影响。我们将探讨如何通过热处理等工艺来控制晶粒度，从而优化材料性能。 金属的宏观力学性能：强度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度、断裂韧性等是衡量金属材料优劣的关键指标。我们将详细介绍这些性能的定义、测试方法，以及它们在实际应用中的意义。例如，为什么某些金属零件在高应力环境下会发生脆性断裂，而另一些则能承受反复的弯曲和拉伸。 金属的相变与热处理：许多金属材料的性能可以通过改变其内部的相组成来获得。加热和冷却过程中的相变，例如奥氏体向马氏体的转变，是钢铁硬化处理的核心。本书将系统介绍退火、正火、淬火、回火等基本热处理工艺，阐述它们如何改变金属的微观结构，从而获得所需的力学性能。 合金的形成与性能：纯金属往往难以满足复杂工程需求，合金的出现极大地拓展了金属的应用领域。我们将探讨合金元素（如碳、铬、镍、钼等）的加入如何影响金属的固溶强化、沉淀强化、晶界强化等机制，从而显著改善其强度、耐腐蚀性、耐高温性等。 第二部分：金属的塑性成形工艺 塑性成形是指在力的作用下，使金属材料发生永久性变形，而不发生断裂，从而获得所需形状和尺寸的加工方法。这类工艺通常具有高材料利用率、良好的力学性能和生产效率的优势。 锻压工艺：锻压是利用冲击力或压力使金属发生塑性变形的工艺。 自由锻：包括手工锻打和机械锻打，适用于单件或小批量生产，形状相对简单。我们将分析各种锻锤、压力机的操作要领，以及如何通过锤击的顺序和力度来控制变形。 模锻：利用预先制作好的模具，将金属坯料放入模腔内进行锻压。模锻精度高，生产效率高，适用于大批量生产。我们将深入研究模具设计、模具材料的选择，以及金属在模腔内的流动规律。 辊锻：利用一对或多对旋转的辊子对金属进行挤压或轧制，以改变其截面形状。 轧制工艺：轧制是利用一对或多对旋转的轧辊对金属坯料进行挤压，使其截面减小，长度增加的工艺。 热轧：金属在再结晶温度以上进行轧制，变形力小，变形量大，能改善组织和性能。我们将了解不同类型轧机（如初轧机、热连轧机）的工作原理，以及钢板、钢管、型材等产品的轧制过程。 冷轧：金属在再结晶温度以下进行轧制，变形力大，但能获得更高的尺寸精度和表面质量，以及加工硬化效应。 挤压工艺：挤压是利用压力使金属坯料通过矩形或异形模孔，获得具有相同横截面形状的棒材、管材或型材的工艺。挤压可以加工高强度、难变形的材料，并能获得复杂的截面形状。 拉深工艺：拉深是将金属坯料（通常为管材或板材）通过拉丝模具，使其截面减小或表面形成一定形状的工艺。我们将关注拉丝模的设计、润滑和材料的选择，以及对拉拔过程中金属变形和强化的影响。 冲压工艺：冲压是利用冲模对板材施加压力，使其产生分离或塑性变形的工艺。 落料与冲孔：使零件与板材分离或在板材上形成孔。 弯曲：使板材产生一定角度的弯曲。 拉伸：将板材通过凸模在凹模中拉伸成形，形成杯状或筒状零件。 翻边与缩口：在孔边缘或管口处形成凸缘或收缩。 第三部分：金属的连接工艺 将金属零件连接成整体是实现复杂结构的关键。这一部分将系统介绍各种常用的金属连接方法。 焊接工艺：焊接是通过加热或加压，或两者并用，使金属材料发生原子间的键合，实现连接的方法。 熔焊：利用加热使金属熔化，冷却后形成牢固连接。 电弧焊：包括手弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等，是应用最广泛的焊接方法。我们将分析不同电弧焊的原理、优缺点及适用范围。 气焊：利用燃气火焰加热金属。 电阻焊：包括点焊、缝焊、对焊，利用电流通过接触电阻产生的热量进行焊接。 压力焊：在加压条件下进行焊接，不熔化或少量熔化。 锻焊：加热金属至塑性状态，通过锻打连接。 冷焊：在常温下通过塑性变形连接。 摩擦焊：利用工件间的摩擦生热进行焊接。 钎焊：利用熔点低于母材的钎料进行连接，母材不熔化。 螺纹连接：通过螺纹啮合将零件连接起来，易于拆卸和安装。我们将介绍不同螺纹的类型、标准，以及螺纹加工方法（如车削、滚丝）。 铆接：通过铆钉将金属零件连接起来。虽然在一些领域被焊接取代，但在某些特定应用中仍有其优势。 粘接：利用高分子粘接剂将金属零件连接起来，适用于轻质、薄壁结构，以及异种材料连接。 第四部分：金属的表面处理与精饰 除了基本的形状加工和连接，金属零件的表面处理对于提高其性能、延长使用寿命和改善外观至关重要。 机械表面处理： 抛光：通过研磨、抛光等方式提高表面光洁度。 喷砂/丸：利用高速喷射的粒子清理表面、提高粗糙度或进行强化。 拉丝：在金属表面形成方向性的纹理。 化学表面处理： 酸洗与钝化：去除氧化皮，提高耐腐蚀性。 磷化：形成一层磷酸盐转化膜，提高涂层附着力和耐腐蚀性。 电化学表面处理： 电镀：在金属表面镀上一层其他金属（如铬、镍、锌），以提高耐腐蚀性、硬度或美观度。 阳极氧化：在铝及其合金表面形成一层氧化膜，提高硬度和耐腐蚀性。 涂层处理： 喷涂：包括静电喷涂、喷粉等，形成各种颜色的涂层。 热喷涂：将熔化的材料喷涂到基体表面，形成具有特殊功能的涂层。 结论 “金属工艺学”是一门博大精深的学科，它将基础的科学原理与精湛的实践技艺巧妙地融合在一起。从理解金属的微观结构，到掌握各种加工塑形、连接固件，再到赋予其优良表面特性的各个环节，都体现了人类对物质世界的深刻认识和改造能力。 本书的编写，旨在为有志于深入了解金属加工领域的读者提供一个清晰、系统的学习框架。我们希望通过对各种金属工艺的详细阐述，不仅能够帮助读者掌握具体的操作技能，更能启发他们从更宏观的视角去理解材料、工艺与产品之间的内在联系，从而在未来的学习和工作中，能够更准确、更高效地运用金属材料，创造出更多具有实用价值和艺术美感的优秀产品，为工业发展和社会进步贡献力量。这不仅是一门技术，更是一种将坚硬的金属转化为无限可能的艺术。

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这本书的整体结构和逻辑流畅性达到了极高的水准，最让我欣赏的是它贯穿始终的“缺陷控制与质量保证”的思维主线。几乎每一个工艺章节——无论是切削加工还是压力加工——都会紧接着讨论该工艺可能引入的缺陷类型（如内应力、表面粗糙度、组织残留物）以及如何通过优化参数来规避它们。这体现了一种高度的工程伦理和严谨性。例如，在讨论切削加工时，它不仅仅关注刀具几何和材料去除率，更花了大量篇幅讨论了刀具磨损对工件表面完整性的动态影响，甚至提到了切削液的润滑与冷却机理对热影响区的控制作用。这种全流程、全方位的质量控制视角，让学习者明白，金属工艺绝非简单的“成形”，而是一门对过程变量进行精确调控的科学。这本书读完后，我不再是零散地掌握知识点，而是拥有了一个系统化的、以质量为导向的工艺分析框架，为未来进行工艺路线规划打下了极其坚实的基础。

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这本《金属工艺学》的书籍，对于我这个刚踏入材料科学领域的本科生来说，简直是一本雪中送炭的宝典。我一直觉得金属的冶炼、成形和热处理过程充满了神秘感，书里的内容却以一种非常直观且严谨的方式将这些复杂的概念一一拆解。比如，它对晶体结构缺陷的描述，不再是干巴巴的理论公式堆砌，而是配上了大量清晰的示意图和实际宏观形貌的微观照片，让我一下子就明白了位错如何影响金属的塑性和强度。特别是关于塑性变形那一章，作者对加工硬化和再结晶的解释，深入浅出，结合了实际生产中的轧制、锻造案例，让人在理解理论的同时，脑海中已经浮现出车间的景象。我尤其欣赏作者在叙述过程中，对于不同金属材料（如钢铁、铝合金、钛合金）在特定工艺下的反应差异所做的对比分析，这使得知识点不再是孤立的，而是形成了一个有机的体系。读完这部分，我对“为什么某些材料需要进行特定的热处理来获得最佳性能”有了更深刻的认识，不再是死记硬背，而是真正理解了背后的物理和化学原理。这本书的排版和图示质量也非常高，即便是初学者，也能在密集的公式和专业术语中找到清晰的路径。

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我是一个在模具行业摸爬滚打多年的技术工人，对金属的“脾气”多少有点心得。说实话，市面上很多理论书籍读起来都像是在啃石头，晦涩难懂，跟实际操作脱节。《金属工艺学》这本书，在“塑性加工”这一块的处理，简直是为我们这些一线人员量身定做的。它详细阐述了冷镦、深拉伸过程中应力集中和应变分布的不均匀性，这不是教科书上简单提一句“塑性极限”就能概括的。书中对于模具设计中常见的“回弹”现象，给出了基于材料本构关系和残余应力的详细分析，这直接解决了我们长期以来只能靠经验修正的难题。我记得有一次我们遇到一个复杂曲面零件的拉伸开裂问题，翻阅此书后，对比了书中关于应变路径和应变率敏感性的讨论，我们调整了润滑剂配方和拉伸速度，问题迎刃而解。最让我赞叹的是，它对“失效分析”的章节，案例丰富，从疲劳断口到蠕变损伤，图文并茂，使我们能够更科学地判断是设计缺陷还是工艺控制不当导致的故障。这本书，与其说是理论书，不如说是指导我们如何用科学的眼光去看待和解决实际生产中问题的“工具箱”。

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从一个研究金属腐蚀与防护角度来看，我对《金属工艺学》中关于“表面工程”和“材料微观结构演变”的部分给予高度评价。这本书没有仅仅将工艺过程视为改变宏观形状的手段，而是深入探讨了热处理、表面改性如何从原子层面重构材料的界面性能。例如，书中对渗碳、氮化的层析结构分析，不仅描述了硬化层深度的控制，更详细解释了碳原子扩散动力学与温度、时间的关系，这对于我们后续研究表面残余应力对耐腐蚀性能的影响至关重要。此外，书中对凝固过程的描述也非常精辟，它将快速凝固、定向凝固等先进技术与传统铸造工艺进行对比，清晰地展示了如何通过控制冷却速率和凝固界面来抑制宏观偏析和晶粒粗大化。这为我们理解为什么某些高可靠性部件（比如航空发动机叶片）需要采用特殊的铸造工艺提供了坚实的理论基础。这本书的价值在于，它成功地搭建了“微观组织-加工过程-宏观性能”之间的完整桥梁，视角既广阔又深入。

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作为一名对前沿材料合成技术很感兴趣的在读研究生，我发现《金属工艺学》在涵盖传统工艺的同时，对新兴的增材制造（3D打印）技术也有相当详尽的介绍，这让我感到非常惊喜。书中并没有将增材制造视为一个孤立的技术，而是将其置于整个金属加工体系中进行比较和分析。它详细分析了选区激光熔化（SLM）过程中金属粉末的润湿、熔化和快速凝固的物理过程，尤其对“未熔合缺陷”和“热裂纹”的成因分析得非常透彻，结合了激光能量密度和扫描策略的变量控制。这种将热力学、传热学与实际制造参数紧密结合的论述方式，远超出了我预期的基础教材水平。此外，对于粉末冶金部分，它对烧结过程中的致密化机制、液相烧结的毛细管力驱动等概念的阐述，也远比我之前阅读的任何一本相关书籍要清晰和系统。这本书真正体现了“工艺随材料变，材料随工艺化”的辩证思想，非常适合需要向先进制造领域拓展的读者。

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