铜基材料热变形与热加工工艺 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

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适读人群 ：本书可供高等院校、科研院所、企业等有关材料研发人员、设计人员参考，也可供高校材料科学与工程、冶金工程等专业高年级研究生、本科生学习。
高性能电子铜合金及铜基复合材料在电子信息、智能制造、纳微加工、航空航天、汽车、国防等国民经济领域得到广泛应用，成为一些领域的关键功能材料。铜合金的性能优异，热加工工艺技术要求高，尤其是工艺设计困难，工艺曲线需要大量实验数据测定。本书由河南科技大学材料学院多为教授共同编写，汇集了十多年的科研数据，工艺参数设计具有显著参考价值。

内容简介

高性能电子铜合金及铜基复合材料在电子信息、智能制造、纳微加工、航空航天、汽车、国防等国民经济领域得到广泛应用，成为一些领域的关键功能材料。铜基材料的热变形行为与其热加工工艺性能和少、无切削精密成形性能密切相关。本书简要介绍了金属材料热加工热-力物理模拟发展现状、热-力物理模拟试验机、材料和热加工领域的物理模拟技术、热加工热-力物理模拟理论基础、金属材料热加工的热-力物理模拟试验技术及数据处理等，重点介绍了著者近年研发的高性能铜合金、弥散铜、弥散铜基复合材料、电接触材料等新材料的设计、制备、组织性能与热变形处理。

作者简介

张毅，重庆潼南人，河南科技大学教授、博士、硕士生导师、美国南佛罗里达大学访问学者；河南省教育厅学术技术带头人、河南省高等学校青年骨干教师、河南科技大学青年学术带头人；中国热处理学会青年工作委员会委员，河南省热处理学会副秘书长、河南省热处理行业协会理事。

内页插图

目录

第1章绪论1
1.1材料加工物理模拟的基本概念和现代意义1
1.2现代材料加工的物理模拟技术2
1.2.1电阻加热热模拟试验机3
1.2.2高频感应加热热模拟试验机12
1.2.3MMS系列热力模拟实验机的型号与性能分类17
参考文献18
第2章材料加工物理模拟的基本试验方法19
2.1高温拉伸试验19
2.2高温压缩试验24
2.2.1圆柱体单向压缩试验24
2.2.2平面应变压缩试验26
2.2.3多道次压缩试验28
2.3高温热扭转试验30
2.4测定CCT曲线试验31
2.4.1试验原理31
2.4.2试验方法32
参考文献37
第3章热加工理论基础38
3.1热变形机理38
3.1.1晶内变形38
3.1.2晶间变形39
3.2热加工组织演变与性能变化41
3.2.1热加工过程中的组织演变41
3.2.2热加工对材料性能的影响42
3.3动态回复与再结晶44
3.3.1动态回复44
3.3.2动态再结晶45
3.4时效析出与动态再结晶的相互作用51
参考文献53
第4章金属材料热变形的热模拟试验技术及数据处理55
4.1热模拟试验参数的确定原则55
4.2真应力-真应变曲线57
4.3动态材料学模型59
4.4热加工图的构建与应用61
4.4.1数据处理步骤61
4.4.2热加工图的分析66
4.5动态再结晶临界条件67
4.5.1真应力-真应变曲线的非线性拟合67
4.5.2临界应变的确定70
4.6本构方程的建立72
参考文献74
第5章高性能铜合金热变形76
5.1Cu-Ni-Si合金引线框架铜合金76
5.1.1材料制备、组织与性能76
5.1.2Cu-Ni-Si合金真应力-真应变曲线80
5.1.3Cu-Ni-Si合金本构方程83
5.1.4热加工图85
5.1.5组织演变86
5.2Cu-Cr-Zr引线框架铜合金90
5.2.1Cu-Cr-Zr合金组织与性能90
5.2.2流变应力曲线95
5.2.3本构方程99
5.2.4热加工图101
5.2.5热变形组织演变107
5.3Cu-（0.2～1.0）Zr-（RE）合金111
5.3.1材料的制备、组织与性能111
5.3.2真应力-真应变曲线125
5.3.3本构方程140
5.3.4热加工图143
5.3.5热变形组织演变152
参考文献159
第6章弥散铜基复合材料的热变形163
6.1弥散铜-钼复合材料163
6.1.1材料制备、组织与性能163
6.1.2Mo/Cu-Al2O3复合材料真应力-真应变曲线166
6.1.3Mo/Cu-Al2O3复合材料热变形的本构方程168
6.1.4Mo/Cu-Al2O3复合材料热变形的DMM加工图及显微组织174
6.2弥散铜-W复合材料180
6.2.1材料制备、组织与性能180
6.2.2W/Cu-Al2O3复合材料真应力-真应变曲线183
6.2.3W/Cu-Al2O3复合材料热变形的本构方程184
6.2.4W/Cu-Al2O3复合材料的热加工图186
6.3弥散铜-WC复合材料190
6.3.1材料制备、组织与性能190
6.3.2WC/Cu-Al2O3复合材料真应力-真应变曲线192
6.3.3WC/Cu-Al2O3复合材料热加工图194
6.4弥散铜-TiC复合材料196
6.4.1材料制备、组织与性能196
6.4.2TiC/Cu-Al2O3复合材料的真应力-真应变曲线198
参考文献205
第7章电接触材料的热变形207
7.1SPS烧结Cu-Mo-WC电接触材料207
7.1.1材料制备、组织与性能207
7.1.2真应力-真应变曲线213
7.1.3本构方程215
7.1.4组织演变217
7.2SPS烧结Cu-W-TiC电接触材料220
7.2.1材料制备、组织与性能220
7.2.2真应力-真应变曲线225
7.2.3本构方程225
7.2.4组织演变228
7.3真空热压烧结W-Cu电接触材料230
7.3.1材料制备、组织与性能230
7.3.2真应力-真应变曲线236
7.3.3本构方程240
7.3.4热加工图244
7.3.5组织演变249
7.4SPS烧结Cu-Mo-WC电接触材料254
7.4.1材料制备、组织与性能254
7.4.2真应力-真应变曲线260
7.4.3本构方程262
7.4.4热加工图265
7.4.5组织演变269
参考文献273
第8章Al2O3-弥散铜的热变形275
8.1Al2O3-弥散铜制备、组织与性能275
8.1.1Al2O3-弥散铜制备275
8.1.2Al2O3-弥散铜性能276
8.1.3Al2O3-弥散铜显微组织278
8.2Al2O3-弥散铜的真应力-真应变曲线280
8.3本构方程284
8.4热加工图285
参考文献291

前言/序言

模拟是对真实事件或者过程的虚拟或物拟。现代的材料加工物理模拟，主要指采用热模拟试验机进行物理模拟。热模拟试验机出现在第二次世界大战之后，在现代材料研发机构和加工、制造等行业得到广泛应用。热模拟试验机是一种提供了高温环境的动态材料试验机，它可以动态地对材料受热和成形过程全生命周期地进行物理模拟。其模拟功能齐全，应用广泛，可以进行包括连铸冶炼工艺、轧制锻压工艺、焊接工艺、金属热处理工艺和机械热疲劳等方面内容在内的动态过程模拟试验，可以测定金属高温力学性能、应力应变曲线、金属热物性及CCT曲线等。材料加工的物理模拟是在实验室里使用真实的材料，经历实际制造工艺或最终服役工况来精确地再现其受热和受力作用的过程。在该模拟过程中使用一个小的真实材料样品，而该样品与全尺寸制品在制造工艺或最终服役工况中具有相同或相似的受热和受力条件。在现代热模拟试验机中模拟的结果将非常具有实用价值，因此，实验室中的模拟结果可以直接应用到全尺寸的生产实践中。
本书系统介绍了基于热模拟试验机的现代金属材料加工和物理特性表征的物理模拟的基本概念和意义、现代材料加工的物理模拟技术、材料加工物理模拟的常用试验方法，如高温拉伸试验、高温压缩试验、高温扭转试验和测定CCT曲线试验，进行了介绍和应用举例；对热加工理论基础、金属材料热加工的热模拟试验技术及数据处理进行了详细介绍，内容涉及热模拟试验参数的确定原则、真应力-真应变曲线、基于动态材料学模型本构方程构建的数据处理步骤、Z参数的确定、动态再结晶临界条件与热加工图的构建及应用等。本书特别对河南科技大学及有色金属共性技术河南省协同创新中心电子铜合金研究团队自1995年以来，就有关高性能铜合金和电接触材料等铜基材料的热变形行为的热模拟研究成果进行了总结与概括，涉及的材料包括多元微合金化高性能IC框架铜合金、微纳结构混杂氧化物弥散强化铜、弥散铜-W/Mo/WC/TiC电接触复合材料，制备方法涉及大气熔铸、真空熔铸、传统粉末冶金、真空热压烧结、放电等离子烧结（SPS）等多种技术，研究成果已在相关产品中得到应用或作为技术储备。
本书由张毅、安俊超、贾延琳、周旭东、付明、田保红、刘勇、殷婷、高直、王智勇、高颖颖、孙慧丽撰写完成，其中第1、2章由河南科技大学周旭东教授撰写；第3、4章由河南科技大学张毅教授、北京机电研究所有限公司高直工程师、河南科技大学孙慧丽撰写，第5章由北京工业大学贾延琳博士和河南科技大学张毅教授、河南工业技师学院高颖颖撰写；第6章由洛阳理工学院安俊超博士撰写；第7章由河南科技大学殷婷实验师、刘勇教授及中国空空导弹研究院付明研究员撰写；第8章由田保红教授、安俊超博士、洛阳轴承研究所有限公司王智勇高级工程师撰写。全书由张毅和田保红教授统稿。河南科技大学材料分析实验中心李炎教授、祝要民教授、刘玉亮博士、李武会博士，金属材料工程系王顺兴教授、贾淑果教授、任凤章教授，材料学实验中心张兴渊工程师，材料加工实验中心刘亚民高级工程师、郜建新高级工程师、赵培峰副教授、王要利实验师、刘重喜高级技师，河南省工程材料实验教学示范中心李红霞高级工程师、朱宏喜副教授、殷婷实验师等教师参与了部分研究工作。有关研究工作还得到有色金属共性技术河南省协同创新中心、河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室的谢敬佩教授、李全安教授、宋克兴教授、黄金亮教授、王文焱教授等教师的帮助与支持。河南科技大学材料科学与工程学院硕士研究生李瑞卿、许倩倩、李艳、孙慧丽、田卡、孙永伟、张晓伟、冯江、杨志强、杨雪瑞、程新乐、殷婷、赵瑞龙、朱顺新等和部分本科毕业生也参与完成了部分研究工作。在此向他们表示衷心的感谢。本书的撰写得到孙慧丽、李国辉、王冰洁等硕士的大力协助，感谢他们的辛勤劳动。
本书的有关项目研究得到国家自然科学基金（51101052、U1704143）、河南省科技开放合作项目（172106000058）、河南省高校科技创新人才支持计划（18HASTIT024）、河南省高校科技创新团队计划（2012IRTSTHN008 ）、河南省杰出青年基金项目（0521001200 ）、河南省高等学校青年骨干教师资助计划（2012GGJS-073）、河南省重点攻关项目(152102210074、162102410022）、河南省教育厅自然科学研究资助项目(2011QN48、14B430015、15A430006）和河南科技大学青年学术带头人启动基金（13490001）、洛阳市科技计划项目（020902）等项目的资助。
感谢有色金属共性技术河南省协同创新中心与河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室对有关研究的资助。感谢河南科技大学材料科学与工程学院、洛阳理工学院材料科学与工程学院、北京工业大学材料科学与工程学院和化学工业出版社对本书的撰写和出版给予的支持。
书中的主要内容是作者研究团队近年来研究工作的总结，本书在撰写过程中参考了部分相关文献，在书中都尽可能以参考文献形式列出，特向有关作者表示由衷的感谢。由于作者水平有限，恳请读者不吝批评指正。

作者
2018年2月于洛阳

探索金属塑性变形的奥秘——《金属热加工工艺原理》 本书并非专注于特定材料类别，而是深入剖析金属在高温状态下发生塑性变形的内在机制，以及由此衍生的各类热加工工艺的共性原理。我们旨在为读者构建一个扎实的理论基础，使其能够理解并预测不同金属材料在热加工过程中的行为，从而优化生产工艺，提升产品质量。 第一部分：金属热变形的物理基础 在本部分，我们将从微观层面揭示金属在高温下的形变机制。 晶体结构与晶界滑移： 金属内部的原子排列并非固定不变，高温使得原子获得更大的动能，导致晶体点阵发生畸变。本书将详细阐述不同晶体结构（如面心立方、体心立方、密排六方）在热变形时的差异，重点关注晶界滑移在高温塑性变形中的关键作用。我们将通过分析位错的运动、攀移以及颈缩等微观过程，解释金属如何在大应力下发生连续变形。 动态回复与动态再结晶： 高温是动态回复和动态再结晶发生的必要条件。我们将深入探讨位错缠结、位错湮灭以及小角度晶界形成等回复过程，以及新晶粒萌生、长大等再结晶过程。这些动态过程直接影响金属的显微组织和力学性能，理解它们对于控制热加工过程至关重要。我们将分析影响回复和再结晶速率的因素，如温度、应变速率、初始晶粒度等。 高温强度与塑性： 热加工过程中，材料的强度会显著下降，塑性则大幅提高。本书将系统分析温度、应变速率、应变量等因素对金属高温强度和塑性的影响规律。我们将引入高温流变应力方程，阐述如何通过实验测定和模型预测来量化材料在不同热加工条件下的变形阻力。 高温蠕变： 即使在恒定载荷和温度下，金属材料也会随时间缓慢变形，这就是蠕变。本书将详细介绍蠕变的机理，包括扩散蠕变、位错蠕变等，并分析影响蠕变速率的因素。理解蠕变对于设计承受高温长时间服役的零件至关重要。 第二部分：金属热加工工艺的通用原理 在此基础上，我们将深入探讨各类常见的金属热加工工艺所遵循的通用原理。 锻造工艺原理： 无论是自由锻还是模锻，其核心都是通过局部或整体施加外力，使金属发生塑性变形。本书将详细分析不同锻造方式（如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、模锻）的变形特点、变形区域的应力应变状态，以及材料流动规律。我们将探讨如何通过优化模具设计、变形道次、变形量和变形温度来控制产品的几何形状和内部质量。 轧制工艺原理： 轧制是将金属板材、棒材、管材等通过一对或多对旋转的轧辊，使其横截面减小，长度增加的塑性加工方法。本书将深入分析轧制过程中金属的变形机理，包括接触区内的应力分布、咬入条件、轧件变形量、轧制力、轧制矩以及轧件内部的应力状态。我们将讨论不同轧制工艺（如开坯轧制、精整轧制、宽厚板轧制、型材轧制、管材轧制）的特点和适用范围，并介绍如何控制轧制参数以获得精确的尺寸和良好的表面质量。 挤压工艺原理： 挤压是通过压力将金属从特定形状的模具孔中挤出，以获得复杂截面形状的棒材、管材或异型材。本书将详细解析挤压过程中的金属流动状态、模具损耗、挤压力计算以及温度效应。我们将介绍正挤压、反挤压、联合挤压等工艺，并分析如何选择合适的挤压比、挤压速度和模具设计来提高挤压效率和产品质量。 冲压工艺原理： 冲压是在室温下进行的塑性加工，但其塑性变形原理与热加工有相通之处，且在某些情况下（如热冲压），则完全属于热加工范畴。本书将概述冲压的基本原理，包括拉深、弯曲、冲裁、胀形等，并简要介绍热冲压工艺的特点和优势。 热处理与热加工的协同作用： 热加工过程本身就是一种热处理过程，它会显著改变金属的微观组织和性能。本书将重点探讨热加工过程中形成的组织（如变形织构、回复组织、再结晶组织）及其对材料性能的影响。我们将介绍如何通过控制热加工工艺参数（如变形温度、变形量、冷却速率）来优化材料的强度、塑性、韧性等力学性能，甚至实现特定的功能性。例如，通过控制再结晶晶粒度来提高材料的屈服强度，或通过引入特定的织构来提高材料的塑性。 第三部分：热加工过程中的关键因素与控制 本部分将关注影响热加工过程效率和产品质量的关键因素，并探讨相应的控制策略。 温度控制： 温度是影响金属热变形行为的首要因素。本书将深入讨论热加工温度的选择原则，包括始锻温度、终锻温度、轧制温度、挤压温度等，以及温度对材料流动性、变形阻力、组织演变的影响。我们将介绍不同加热方式（如感应加热、电阻加热、火焰加热）的优缺点，以及如何精确控制加热和保温温度。 应变速率控制： 应变速率直接影响材料的变形阻力，过快的应变速率可能导致材料开裂，而过慢则会降低生产效率。本书将分析不同热加工工艺的应变速率范围，以及如何通过调整加工速度、设备参数等来控制应变速率。 润滑与冷却： 在热加工过程中，合理的润滑可以降低变形阻力、减少模具损耗、改善表面质量。本书将介绍适用于不同热加工工艺的润滑剂种类、润滑方式以及润滑效果的评估。同时，我们也关注冷却过程对材料组织和性能的影响，介绍空冷、水冷、油冷等不同冷却方式的应用。 模具设计与制造： 模具是实现热加工成形的关键。本书将探讨热加工模具的设计原则，包括合理的变形轨迹、应力集中分析、材料选择、寿命预测等。我们将简要介绍热加工模具的制造工艺和表面处理技术。 无损检测与质量控制： 为了保证产品质量，必须进行有效的质量检测。本书将介绍针对热加工产品常用的无损检测方法，如超声波探伤、磁粉探伤、涡流探伤、射线探伤等，并阐述如何通过这些方法来发现和评价产品内部和表面的缺陷。 通过对本书内容的学习，读者将能够深刻理解金属在高温下的塑性变形机理，掌握各类金属热加工工艺的核心原理，并能够根据实际生产需求，合理选择和优化工艺参数，从而实现高效、优质的金属热加工生产。本书旨在为从事金属材料研究、工艺开发、生产制造的工程师、技术人员和学生提供一套系统、全面的理论指导。