材料成形技术基础

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出版者:清华大学出版社
作者:汤酞则 编
出品人:
页数:331
译者:
出版时间:2008-7
价格:39.80元
装帧:
isbn号码:9787302174660
丛书系列:
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具体描述

《普通高等教育"十一五"国家级规划教材·材料成形技术基础》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。在编写过程中认真总结了材料成形技术课程建设与教学改革的经验,在精选传统材料成形技术内容的基础上,增加了在现代工业制造工程中应用的新材料、新技术和新工艺,介绍了当前材料成形技术的新进展及发展趋势。全书共分7章,内容包括:液态金属铸造成形、固态金属塑性成形、金属材料焊接成形、粉末冶金成形、非金属材料与复合材料的成形、快速原型制造技术、选择材料成形方法时要考虑的问题。每节后附有适量的思考练习题。

现代精密制造中的热处理工艺与应用 内容概要: 本书系统深入地探讨了现代制造业,特别是高端精密制造领域中不可或缺的关键环节——热处理工艺。全书围绕材料在不同热处理过程中的微观结构演变、宏观性能变化及其对最终产品质量和使用寿命的决定性影响展开。我们摒弃了对传统金属材料基础理论的冗余介绍,直接聚焦于面向工程应用和前沿技术的热处理挑战与解决方案。 第一章:热处理在先进制造中的战略地位与基础理论再认识 本章首先界定了现代热处理在航空航天、生物医疗植入物、高端模具以及微电子封装等高技术产业中的战略地位。我们不重复介绍晶体结构基础,而是着重分析复杂应力场、残余应力控制以及亚结构(Substructure)形成在现代热处理过程中的作用。重点阐述了相变动力学在非平衡态冷却速率控制下的复杂行为,例如贝氏体转变(Bainite Transformation)的精细控制及其对韧性和强度的协同提升。此外,本章深入探讨了热处理过程中表面与心部性能差异的梯度控制技术,为后续章节的表面强化奠定理论基础。 第二章:碳钢与低合金钢的强化与韧化协同控制 本章专注于解决工程中最常见的材料——碳钢和低合金钢在热处理中面临的性能优化难题。内容涵盖了淬火过程的临界冷却速率精确计算,并引入了基于有限元分析(FEA)的热-力耦合模型来预测工件内部的温度梯度和应力分布。我们详细解析了中温回火、低温回火对马氏体组织的影响,特别是残余奥氏体(Retained Austenite)的稳定化与再利用技术,如冷处理(Cryogenic Treatment)对提高耐磨性的显著效果。针对大型复杂零件,本章引入了分级淬火(Martempering)和等温淬火(Austempering)技术,详细对比了其在减少变形和提高韧性方面的工程优势。 第三章:不锈钢及特种合金的热处理难题与对策 本章聚焦于高性能材料,如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢(PHS)以及镍基、钴基高温合金的热处理。对于不锈钢,我们深入分析了敏化(Sensitization)现象的机理及其抑制方法,如快速冷却和添加稳定元素。对于沉淀硬化钢,重点阐述了固溶处理(Solution Treatment)中溶质原子的充分溶解、晶界析出物的形态控制以及时效处理(Aging)中析出相(如 $gamma'$ 或 $eta$ 相)的尺寸、形貌与分布对屈服强度和蠕变性能的决定性影响。对于镍基高温合金,本书详述了定向凝固与单晶热处理技术,解析了晶界强化元素(如铼、钨)在热处理循环中对高应力下的抗蠕变性能的贡献。 第四章:表面热处理与梯度工程技术 本章完全脱离了心部处理,专注于材料表面的功能化。内容涵盖了渗碳、氮化、碳氮共渗等热化学处理的扩散动力学模型。我们详细分析了不同气氛(如富氮气氛、富碳气氛)对扩散层硬度、硬化层深度和过渡带平滑度的影响。针对高耐磨性需求,本章着重介绍了离子渗氮、等离子体氮化等先进技术,强调了其在精确控制氮化物层厚度方面的优势。此外,本章还探讨了激光熔覆(Laser Cladding)和热喷涂后的快速固化热处理,以消除涂层与基体间的冶金缺陷和残余应力,实现功能梯度材料的制备。 第五章:热处理过程的精密控制、监测与质量保证 本章关注现代工业4.0背景下的热处理过程的智能化与可追溯性。内容包括: 1. 温度场与气氛控制的实时反馈系统: 介绍使用热电偶阵列、红外热像仪对炉内温度均匀性进行动态校正的技术。 2. 原位(In-Situ)监测技术: 探讨使用原位X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)技术实时观察相变过程,以校准热处理参数。 3. 淬火介质的优化与选择: 对盐浴、高分子聚合物溶液、氮气/惰性气体强制循环冷却系统的性能进行量化比较,重点分析了替代传统水、油淬火以降低变形的技术路径。 4. 残余应力无损评估: 介绍基于X射线衍射法(XRD)和超声波传播速度法对热处理后工件表面和近表层残余应力的精确测量与修正(如喷丸强化)。 本书力求为材料工程师、热处理工艺师以及从事高端装备研发的技术人员提供一套全面、深入且高度工程化的热处理知识体系,以应对当前精密制造对材料性能的苛刻要求。全书理论与实例并重,旨在培养读者对复杂热处理行为的深刻洞察力和解决实际工程问题的能力。

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读后感

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翻开这本书,我的第一印象是它的广博性,它似乎想覆盖从基础理论到实际应用的每一个角落,但奇怪的是,这种“大而全”并没有带来内容的冗杂和肤浅,反而呈现出一种令人惊叹的深度和广度。我过去读过几本相关的技术手册,它们要么只关注于某一种单一的工艺,比如只讲压铸,要么就是过于偏重理论推导,让人读完后感觉脱离实际。而《材料成形技术基础》成功地在两者之间找到了一个绝妙的平衡点。它的理论部分讲得扎实,特别是关于本构关系和应力应变场的描述,逻辑性极强,但绝不故弄玄虚,所有的公式推导都紧密围绕着“如何解释和预测成形行为”这一核心目标展开。更令人称赞的是,书中对“缺陷控制”这一实际操作中至关重要的一环给予了极大的篇幅。气孔、裂纹、未充满、尺寸偏差……这些在实际生产中让人头疼的问题,在书中都有详尽的成因分析和相应的预防措施,甚至还配有显微照片来展示缺陷的形态,这对于一个未来的工艺工程师来说,其指导意义是无法用金钱衡量的。这本书不仅仅是知识的传递,更像是一本“故障排除指南”。它教会我的不仅仅是“如何做”,更是“为什么会出错”以及“如何避免出错”,这种预防性的思维训练,远比事后补救更为宝贵。我发现自己开始习惯性地在脑海中预演每一步操作可能带来的后果,这无疑极大地提升了我对整个制造链条的理解深度。

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这本名为《材料成形技术基础》的书籍,在我看来,简直就是为那些对现代制造工艺充满好奇心,但又苦于找不到一本既系统又深入浅出教材的新手量身定制的宝藏。我记得我刚开始接触这个领域的时候,面对那些复杂的金属流动、模具设计和热处理参数,简直是一头雾水,感觉就像在迷宫里打转。这本书的编排方式非常巧妙,它没有一上来就堆砌那些晦涩难懂的物理公式和专业术语,而是从最基本的材料特性讲起,比如晶体结构、相变规律,这些都是理解后续成形过程的基础。作者似乎非常懂得读者的心理,总能在关键时刻用生动的比喻来解释那些抽象的概念。比如,在讲解塑性变形时,作者将原子尺度的滑移过程比作积木的堆叠与错位,一下子就让原本枯燥的力学概念变得可视化了。我尤其欣赏它对不同成形方法的分类和对比,无论是锻造、冲压还是轧制,每一种工艺的优缺点、适用范围和关键控制点都阐述得清清楚楚,辅以大量清晰的流程图和实例分析,这使得我能够快速建立起一个清晰的工艺地图。读完前几章,我感觉自己像是被一位经验丰富的老工程师带着,走进了工厂的车间,亲眼目睹了材料是如何被塑造成我们日常所见的零件的。对于想打下坚实基础,建立宏观框架的人来说,这本书的价值是无可替代的。它提供了一个极佳的起点,让人在后续学习更高级的数值模拟或特定工艺优化时,能够胸有成竹,不再感到茫然无措。

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从阅读体验上来说,这本教材的处理方式非常人性化,它巧妙地平衡了学术的严谨性与工程实践的实用性。对于我这种动手能力较强,但理论基础略显薄弱的读者而言,最大的挑战往往是那些长篇大论的数学推导,它们常常让人在半途就失去了耐心。然而,这本书的作者似乎深谙此道,他们没有为了展示理论深度而堆砌那些与工程应用关联不大的数学技巧。相反,每当引入一个复杂的数学模型时,它都会紧接着给出一个明确的工程意义,解释这个公式是如何帮助我们计算出最佳的压制速度、需要施加的最小压力,或是预测最终零件的变形程度。书中的章节结构逻辑清晰到令人赞叹,每一个单元的学习都像是在完成一个小小的工程项目,从初始材料的选择,到工艺参数的设定,再到最终质量的评估,环环相扣。最值得称道的是,它对“实验验证”的重视。书中反复强调,任何理论模型都需要通过实验数据来校准和验证,并提供了一些基础的实验设计思路。这种强调理论与实践闭环的思想,塑造了我对材料成形技术复杂性的尊重,让我明白,真正的技术掌握,绝不是纸上谈兵,而是基于严谨科学方法论的反复迭代和修正。这本书真正做到了,让你在学习过程中,就已经开始像一个真正的材料成形工程师那样思考问题。

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这本书给人的感觉非常“现代”,它没有沉溺于那些已经过时的、低效的传统工艺的冗余描述,而是将重心放在了当代工业制造中主流且高效的技术上。比如,对于增材制造(3D打印)中的金属粉末床熔融技术,虽然它主要聚焦于传统塑性成形,但书中对“快速凝固”和“热影响区”的分析方法,为理解增材制造中的层间结合和残余应力提供了极佳的理论支撑。这种跨越传统界限的视野,让这本书在时效性上保持了领先。我特别喜欢它对“工艺窗口”概念的引入。在实际生产中,我们总是在有限的参数范围内寻找最佳方案。这本书用大量的案例分析来界定这个“窗口”是如何被材料的物理极限、设备的机械能力以及经济性所共同限定的,这对于培养一种务实的、工程师式的决策思维至关重要。它教会我如何量化地评估一个工艺方案是否可行,而不是仅仅停留在定性的描述上。此外,书中对“数字化成形”的未来趋势也有所触及,虽然篇幅不长,但足以引发读者对如何将先进传感技术与实时反馈控制集成到传统成形流程中的思考。这本书的价值在于,它既是扎实的理论基石,也是面向未来的技术展望。

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老实说,最初我对这种标题的书持保留态度,因为“基础”二字往往意味着浅尝辄止,只能应付考试。然而,这本书完全颠覆了我的固有认知。它最让我印象深刻的是其对“过程-结构-性能”之间复杂耦合关系的精妙阐述。成形工艺的本质就是通过外力改变材料的微观结构,进而调控其宏观性能。这本书没有孤立地看待这些要素,而是将它们编织成一个紧密相连的整体进行讲解。例如,在讨论冷轧过程中,作者详细描绘了金属是如何从粗大的晶粒逐渐细化、产生织构,以及这些变化如何直接影响到最终产品的拉伸强度和延展性的。这种系统性的视角,让我意识到成形不仅仅是把材料弄成想要的形状,而是一个对材料进行“基因编辑”的过程。书中的图表绘制质量极高,许多三维的相图、应力状态图,都清晰明了,即便是跨学科的读者也能迅速领会其精髓。它不像某些教材那样,知识点是孤立的片段,而更像一部精心构建的交响乐,每一个声部——从材料科学到塑性力学,再到模具工程——都在恰当的时候进入,共同演奏出材料加工的宏伟乐章。它提升了我对“设计制造一体化”的理解层次,让我明白,好的产品设计必须从一开始就考虑到材料的可成形性。

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