銅基材料熱變形與熱加工工藝 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

編輯推薦

適讀人群 ：本書可供高等院校、科研院所、企業等有關材料研發人員、設計人員參考，也可供高校材料科學與工程、冶金工程等專業高年級研究生、本科生學習。
高性能電子銅閤金及銅基復閤材料在電子信息、智能製造、納微加工、航空航天、汽車、國防等國民經濟領域得到廣泛應用，成為一些領域的關鍵功能材料。銅閤金的性能優異，熱加工工藝技術要求高，尤其是工藝設計睏難，工藝麯綫需要大量實驗數據測定。本書由河南科技大學材料學院多為教授共同編寫，匯集瞭十多年的科研數據，工藝參數設計具有顯著參考價值。

內容簡介

高性能電子銅閤金及銅基復閤材料在電子信息、智能製造、納微加工、航空航天、汽車、國防等國民經濟領域得到廣泛應用，成為一些領域的關鍵功能材料。銅基材料的熱變形行為與其熱加工工藝性能和少、無切削精密成形性能密切相關。本書簡要介紹瞭金屬材料熱加工熱-力物理模擬發展現狀、熱-力物理模擬試驗機、材料和熱加工領域的物理模擬技術、熱加工熱-力物理模擬理論基礎、金屬材料熱加工的熱-力物理模擬試驗技術及數據處理等，重點介紹瞭著者近年研發的高性能銅閤金、彌散銅、彌散銅基復閤材料、電接觸材料等新材料的設計、製備、組織性能與熱變形處理。

作者簡介

張毅，重慶潼南人，河南科技大學教授、博士、碩士生導師、美國南佛羅裏達大學訪問學者；河南省教育廳學術技術帶頭人、河南省高等學校青年骨乾教師、河南科技大學青年學術帶頭人；中國熱處理學會青年工作委員會委員，河南省熱處理學會副秘書長、河南省熱處理行業協會理事。

內頁插圖

目錄

第1章緒論1
1.1材料加工物理模擬的基本概念和現代意義1
1.2現代材料加工的物理模擬技術2
1.2.1電阻加熱熱模擬試驗機3
1.2.2高頻感應加熱熱模擬試驗機12
1.2.3MMS係列熱力模擬實驗機的型號與性能分類17
參考文獻18
第2章材料加工物理模擬的基本試驗方法19
2.1高溫拉伸試驗19
2.2高溫壓縮試驗24
2.2.1圓柱體單嚮壓縮試驗24
2.2.2平麵應變壓縮試驗26
2.2.3多道次壓縮試驗28
2.3高溫熱扭轉試驗30
2.4測定CCT麯綫試驗31
2.4.1試驗原理31
2.4.2試驗方法32
參考文獻37
第3章熱加工理論基礎38
3.1熱變形機理38
3.1.1晶內變形38
3.1.2晶間變形39
3.2熱加工組織演變與性能變化41
3.2.1熱加工過程中的組織演變41
3.2.2熱加工對材料性能的影響42
3.3動態迴復與再結晶44
3.3.1動態迴復44
3.3.2動態再結晶45
3.4時效析齣與動態再結晶的相互作用51
參考文獻53
第4章金屬材料熱變形的熱模擬試驗技術及數據處理55
4.1熱模擬試驗參數的確定原則55
4.2真應力-真應變麯綫57
4.3動態材料學模型59
4.4熱加工圖的構建與應用61
4.4.1數據處理步驟61
4.4.2熱加工圖的分析66
4.5動態再結晶臨界條件67
4.5.1真應力-真應變麯綫的非綫性擬閤67
4.5.2臨界應變的確定70
4.6本構方程的建立72
參考文獻74
第5章高性能銅閤金熱變形76
5.1Cu-Ni-Si閤金引綫框架銅閤金76
5.1.1材料製備、組織與性能76
5.1.2Cu-Ni-Si閤金真應力-真應變麯綫80
5.1.3Cu-Ni-Si閤金本構方程83
5.1.4熱加工圖85
5.1.5組織演變86
5.2Cu-Cr-Zr引綫框架銅閤金90
5.2.1Cu-Cr-Zr閤金組織與性能90
5.2.2流變應力麯綫95
5.2.3本構方程99
5.2.4熱加工圖101
5.2.5熱變形組織演變107
5.3Cu-（0.2～1.0）Zr-（RE）閤金111
5.3.1材料的製備、組織與性能111
5.3.2真應力-真應變麯綫125
5.3.3本構方程140
5.3.4熱加工圖143
5.3.5熱變形組織演變152
參考文獻159
第6章彌散銅基復閤材料的熱變形163
6.1彌散銅-鉬復閤材料163
6.1.1材料製備、組織與性能163
6.1.2Mo/Cu-Al2O3復閤材料真應力-真應變麯綫166
6.1.3Mo/Cu-Al2O3復閤材料熱變形的本構方程168
6.1.4Mo/Cu-Al2O3復閤材料熱變形的DMM加工圖及顯微組織174
6.2彌散銅-W復閤材料180
6.2.1材料製備、組織與性能180
6.2.2W/Cu-Al2O3復閤材料真應力-真應變麯綫183
6.2.3W/Cu-Al2O3復閤材料熱變形的本構方程184
6.2.4W/Cu-Al2O3復閤材料的熱加工圖186
6.3彌散銅-WC復閤材料190
6.3.1材料製備、組織與性能190
6.3.2WC/Cu-Al2O3復閤材料真應力-真應變麯綫192
6.3.3WC/Cu-Al2O3復閤材料熱加工圖194
6.4彌散銅-TiC復閤材料196
6.4.1材料製備、組織與性能196
6.4.2TiC/Cu-Al2O3復閤材料的真應力-真應變麯綫198
參考文獻205
第7章電接觸材料的熱變形207
7.1SPS燒結Cu-Mo-WC電接觸材料207
7.1.1材料製備、組織與性能207
7.1.2真應力-真應變麯綫213
7.1.3本構方程215
7.1.4組織演變217
7.2SPS燒結Cu-W-TiC電接觸材料220
7.2.1材料製備、組織與性能220
7.2.2真應力-真應變麯綫225
7.2.3本構方程225
7.2.4組織演變228
7.3真空熱壓燒結W-Cu電接觸材料230
7.3.1材料製備、組織與性能230
7.3.2真應力-真應變麯綫236
7.3.3本構方程240
7.3.4熱加工圖244
7.3.5組織演變249
7.4SPS燒結Cu-Mo-WC電接觸材料254
7.4.1材料製備、組織與性能254
7.4.2真應力-真應變麯綫260
7.4.3本構方程262
7.4.4熱加工圖265
7.4.5組織演變269
參考文獻273
第8章Al2O3-彌散銅的熱變形275
8.1Al2O3-彌散銅製備、組織與性能275
8.1.1Al2O3-彌散銅製備275
8.1.2Al2O3-彌散銅性能276
8.1.3Al2O3-彌散銅顯微組織278
8.2Al2O3-彌散銅的真應力-真應變麯綫280
8.3本構方程284
8.4熱加工圖285
參考文獻291

前言/序言

模擬是對真實事件或者過程的虛擬或物擬。現代的材料加工物理模擬，主要指采用熱模擬試驗機進行物理模擬。熱模擬試驗機齣現在第二次世界大戰之後，在現代材料研發機構和加工、製造等行業得到廣泛應用。熱模擬試驗機是一種提供瞭高溫環境的動態材料試驗機，它可以動態地對材料受熱和成形過程全生命周期地進行物理模擬。其模擬功能齊全，應用廣泛，可以進行包括連鑄冶煉工藝、軋製鍛壓工藝、焊接工藝、金屬熱處理工藝和機械熱疲勞等方麵內容在內的動態過程模擬試驗，可以測定金屬高溫力學性能、應力應變麯綫、金屬熱物性及CCT麯綫等。材料加工的物理模擬是在實驗室裏使用真實的材料，經曆實際製造工藝或最終服役工況來精確地再現其受熱和受力作用的過程。在該模擬過程中使用一個小的真實材料樣品，而該樣品與全尺寸製品在製造工藝或最終服役工況中具有相同或相似的受熱和受力條件。在現代熱模擬試驗機中模擬的結果將非常具有實用價值，因此，實驗室中的模擬結果可以直接應用到全尺寸的生産實踐中。
本書係統介紹瞭基於熱模擬試驗機的現代金屬材料加工和物理特性錶徵的物理模擬的基本概念和意義、現代材料加工的物理模擬技術、材料加工物理模擬的常用試驗方法，如高溫拉伸試驗、高溫壓縮試驗、高溫扭轉試驗和測定CCT麯綫試驗，進行瞭介紹和應用舉例；對熱加工理論基礎、金屬材料熱加工的熱模擬試驗技術及數據處理進行瞭詳細介紹，內容涉及熱模擬試驗參數的確定原則、真應力-真應變麯綫、基於動態材料學模型本構方程構建的數據處理步驟、Z參數的確定、動態再結晶臨界條件與熱加工圖的構建及應用等。本書特彆對河南科技大學及有色金屬共性技術河南省協同創新中心電子銅閤金研究團隊自1995年以來，就有關高性能銅閤金和電接觸材料等銅基材料的熱變形行為的熱模擬研究成果進行瞭總結與概括，涉及的材料包括多元微閤金化高性能IC框架銅閤金、微納結構混雜氧化物彌散強化銅、彌散銅-W/Mo/WC/TiC電接觸復閤材料，製備方法涉及大氣熔鑄、真空熔鑄、傳統粉末冶金、真空熱壓燒結、放電等離子燒結（SPS）等多種技術，研究成果已在相關産品中得到應用或作為技術儲備。
本書由張毅、安俊超、賈延琳、周旭東、付明、田保紅、劉勇、殷婷、高直、王智勇、高穎穎、孫慧麗撰寫完成，其中第1、2章由河南科技大學周旭東教授撰寫；第3、4章由河南科技大學張毅教授、北京機電研究所有限公司高直工程師、河南科技大學孫慧麗撰寫，第5章由北京工業大學賈延琳博士和河南科技大學張毅教授、河南工業技師學院高穎穎撰寫；第6章由洛陽理工學院安俊超博士撰寫；第7章由河南科技大學殷婷實驗師、劉勇教授及中國空空導彈研究院付明研究員撰寫；第8章由田保紅教授、安俊超博士、洛陽軸承研究所有限公司王智勇高級工程師撰寫。全書由張毅和田保紅教授統稿。河南科技大學材料分析實驗中心李炎教授、祝要民教授、劉玉亮博士、李武會博士，金屬材料工程係王順興教授、賈淑果教授、任鳳章教授，材料學實驗中心張興淵工程師，材料加工實驗中心劉亞民高級工程師、郜建新高級工程師、趙培峰副教授、王要利實驗師、劉重喜高級技師，河南省工程材料實驗教學示範中心李紅霞高級工程師、硃宏喜副教授、殷婷實驗師等教師參與瞭部分研究工作。有關研究工作還得到有色金屬共性技術河南省協同創新中心、河南省有色金屬材料科學與加工技術重點實驗室的謝敬佩教授、李全安教授、宋剋興教授、黃金亮教授、王文焱教授等教師的幫助與支持。河南科技大學材料科學與工程學院碩士研究生李瑞卿、許倩倩、李艷、孫慧麗、田卡、孫永偉、張曉偉、馮江、楊誌強、楊雪瑞、程新樂、殷婷、趙瑞龍、硃順新等和部分本科畢業生也參與完成瞭部分研究工作。在此嚮他們錶示衷心的感謝。本書的撰寫得到孫慧麗、李國輝、王冰潔等碩士的大力協助，感謝他們的辛勤勞動。
本書的有關項目研究得到國傢自然科學基金（51101052、U1704143）、河南省科技開放閤作項目（172106000058）、河南省高校科技創新人纔支持計劃（18HASTIT024）、河南省高校科技創新團隊計劃（2012IRTSTHN008 ）、河南省傑齣青年基金項目（0521001200 ）、河南省高等學校青年骨乾教師資助計劃（2012GGJS-073）、河南省重點攻關項目(152102210074、162102410022）、河南省教育廳自然科學研究資助項目(2011QN48、14B430015、15A430006）和河南科技大學青年學術帶頭人啓動基金（13490001）、洛陽市科技計劃項目（020902）等項目的資助。
感謝有色金屬共性技術河南省協同創新中心與河南省有色金屬材料科學與加工技術重點實驗室對有關研究的資助。感謝河南科技大學材料科學與工程學院、洛陽理工學院材料科學與工程學院、北京工業大學材料科學與工程學院和化學工業齣版社對本書的撰寫和齣版給予的支持。
書中的主要內容是作者研究團隊近年來研究工作的總結，本書在撰寫過程中參考瞭部分相關文獻，在書中都盡可能以參考文獻形式列齣，特嚮有關作者錶示由衷的感謝。由於作者水平有限，懇請讀者不吝批評指正。

作者
2018年2月於洛陽

探索金屬塑性變形的奧秘——《金屬熱加工工藝原理》 本書並非專注於特定材料類彆，而是深入剖析金屬在高溫狀態下發生塑性變形的內在機製，以及由此衍生的各類熱加工工藝的共性原理。我們旨在為讀者構建一個紮實的理論基礎，使其能夠理解並預測不同金屬材料在熱加工過程中的行為，從而優化生産工藝，提升産品質量。 第一部分：金屬熱變形的物理基礎 在本部分，我們將從微觀層麵揭示金屬在高溫下的形變機製。 晶體結構與晶界滑移： 金屬內部的原子排列並非固定不變，高溫使得原子獲得更大的動能，導緻晶體點陣發生畸變。本書將詳細闡述不同晶體結構（如麵心立方、體心立方、密排六方）在熱變形時的差異，重點關注晶界滑移在高溫塑性變形中的關鍵作用。我們將通過分析位錯的運動、攀移以及頸縮等微觀過程，解釋金屬如何在大應力下發生連續變形。 動態迴復與動態再結晶： 高溫是動態迴復和動態再結晶發生的必要條件。我們將深入探討位錯纏結、位錯湮滅以及小角度晶界形成等迴復過程，以及新晶粒萌生、長大等再結晶過程。這些動態過程直接影響金屬的顯微組織和力學性能，理解它們對於控製熱加工過程至關重要。我們將分析影響迴復和再結晶速率的因素，如溫度、應變速率、初始晶粒度等。 高溫強度與塑性： 熱加工過程中，材料的強度會顯著下降，塑性則大幅提高。本書將係統分析溫度、應變速率、應變量等因素對金屬高溫強度和塑性的影響規律。我們將引入高溫流變應力方程，闡述如何通過實驗測定和模型預測來量化材料在不同熱加工條件下的變形阻力。 高溫蠕變： 即使在恒定載荷和溫度下，金屬材料也會隨時間緩慢變形，這就是蠕變。本書將詳細介紹蠕變的機理，包括擴散蠕變、位錯蠕變等，並分析影響蠕變速率的因素。理解蠕變對於設計承受高溫長時間服役的零件至關重要。 第二部分：金屬熱加工工藝的通用原理 在此基礎上，我們將深入探討各類常見的金屬熱加工工藝所遵循的通用原理。 鍛造工藝原理： 無論是自由鍛還是模鍛，其核心都是通過局部或整體施加外力，使金屬發生塑性變形。本書將詳細分析不同鍛造方式（如鐓粗、拔長、彎麯、衝孔、模鍛）的變形特點、變形區域的應力應變狀態，以及材料流動規律。我們將探討如何通過優化模具設計、變形道次、變形量和變形溫度來控製産品的幾何形狀和內部質量。 軋製工藝原理： 軋製是將金屬闆材、棒材、管材等通過一對或多對鏇轉的軋輥，使其橫截麵減小，長度增加的塑性加工方法。本書將深入分析軋製過程中金屬的變形機理，包括接觸區內的應力分布、咬入條件、軋件變形量、軋製力、軋製矩以及軋件內部的應力狀態。我們將討論不同軋製工藝（如開坯軋製、精整軋製、寬厚闆軋製、型材軋製、管材軋製）的特點和適用範圍，並介紹如何控製軋製參數以獲得精確的尺寸和良好的錶麵質量。 擠壓工藝原理： 擠壓是通過壓力將金屬從特定形狀的模具孔中擠齣，以獲得復雜截麵形狀的棒材、管材或異型材。本書將詳細解析擠壓過程中的金屬流動狀態、模具損耗、擠壓力計算以及溫度效應。我們將介紹正擠壓、反擠壓、聯閤擠壓等工藝，並分析如何選擇閤適的擠壓比、擠壓速度和模具設計來提高擠壓效率和産品質量。 衝壓工藝原理： 衝壓是在室溫下進行的塑性加工，但其塑性變形原理與熱加工有相通之處，且在某些情況下（如熱衝壓），則完全屬於熱加工範疇。本書將概述衝壓的基本原理，包括拉深、彎麯、衝裁、脹形等，並簡要介紹熱衝壓工藝的特點和優勢。 熱處理與熱加工的協同作用： 熱加工過程本身就是一種熱處理過程，它會顯著改變金屬的微觀組織和性能。本書將重點探討熱加工過程中形成的組織（如變形織構、迴復組織、再結晶組織）及其對材料性能的影響。我們將介紹如何通過控製熱加工工藝參數（如變形溫度、變形量、冷卻速率）來優化材料的強度、塑性、韌性等力學性能，甚至實現特定的功能性。例如，通過控製再結晶晶粒度來提高材料的屈服強度，或通過引入特定的織構來提高材料的塑性。 第三部分：熱加工過程中的關鍵因素與控製 本部分將關注影響熱加工過程效率和産品質量的關鍵因素，並探討相應的控製策略。 溫度控製： 溫度是影響金屬熱變形行為的首要因素。本書將深入討論熱加工溫度的選擇原則，包括始鍛溫度、終鍛溫度、軋製溫度、擠壓溫度等，以及溫度對材料流動性、變形阻力、組織演變的影響。我們將介紹不同加熱方式（如感應加熱、電阻加熱、火焰加熱）的優缺點，以及如何精確控製加熱和保溫溫度。 應變速率控製： 應變速率直接影響材料的變形阻力，過快的應變速率可能導緻材料開裂，而過慢則會降低生産效率。本書將分析不同熱加工工藝的應變速率範圍，以及如何通過調整加工速度、設備參數等來控製應變速率。 潤滑與冷卻： 在熱加工過程中，閤理的潤滑可以降低變形阻力、減少模具損耗、改善錶麵質量。本書將介紹適用於不同熱加工工藝的潤滑劑種類、潤滑方式以及潤滑效果的評估。同時，我們也關注冷卻過程對材料組織和性能的影響，介紹空冷、水冷、油冷等不同冷卻方式的應用。 模具設計與製造： 模具是實現熱加工成形的關鍵。本書將探討熱加工模具的設計原則，包括閤理的變形軌跡、應力集中分析、材料選擇、壽命預測等。我們將簡要介紹熱加工模具的製造工藝和錶麵處理技術。 無損檢測與質量控製： 為瞭保證産品質量，必須進行有效的質量檢測。本書將介紹針對熱加工産品常用的無損檢測方法，如超聲波探傷、磁粉探傷、渦流探傷、射綫探傷等，並闡述如何通過這些方法來發現和評價産品內部和錶麵的缺陷。 通過對本書內容的學習，讀者將能夠深刻理解金屬在高溫下的塑性變形機理，掌握各類金屬熱加工工藝的核心原理，並能夠根據實際生産需求，閤理選擇和優化工藝參數，從而實現高效、優質的金屬熱加工生産。本書旨在為從事金屬材料研究、工藝開發、生産製造的工程師、技術人員和學生提供一套係統、全麵的理論指導。