出版信息
出版社：機械工業出版社
圖書類別：金屬材料
書名：鋁鎂合金半固態成形理論與工藝技術
書號：978-7-111-32534-5
作者：王開坤 編著
出版日期：2011年1月
開本：A5
頁數：256頁
字數：233千字
定價：28.00元
內容簡介
理論與工藝技術王開坤編著機械工業出版社金屬材料半固態成形技術是一種在介於普通鑄造（純液態）和鍛造（純固態）之間的短流程近淨成形工藝。針對節能減排對汽車輕量化加工的迫切需求，結合作者多年來在承擔國家“863” 、“973” 、德意志科研聯合會重大基礎研究項目（DFG?SFB289）和北京市自然科學基金等所取得的部分研究成果，以典型輕質金屬材料——鋁合金和鎂合金為研究對象，論述了半固態成形技術基本工藝、常用半固態金屬及複合材料組織性能、金屬材料在半固態下的本構模型。重點闡述了基於半固態成形理論開發的A356鋁合金複雜零件半固態感應加熱和觸變鍛造成形工藝以及模擬技術；詳細介紹了鋁鎂合金雙層複合管半固態多坯料擠壓成形工藝，包括不同形狀半固態坯料製備、半固態加熱及組織性能分析、雙層管半固態共擠壓成形數值模擬等。另外，還介紹了第11屆合金及複合材料半固態加工國際學術會議展品情況。
本書可為高等院校師生、研究院所研究人員，以及從事有色金屬及複合材料加工的企事業單位工程技術人員在材料製備、成形加工等方面提供閱讀參考。
前言
半固態加工是對具有一定液相組分的固液混合漿料進行壓鑄、擠壓或模鍛成形，是一種介於普通鑄造（純液態）和鍛造（純固態）之間的成形方法。與普通的加工方法相比，半固態金屬加工具有如下優點：可一次精確成形複雜形狀零件，實現近淨成形；凝固收縮小，成形件尺寸精度高；成形件力學和組織性能好；可實現對難加工材料的成形加工；且成形壓力低，模具使用壽命高等。20世紀70年代以來，該技術得到了美國、德國、義大利和日本等已開發國家的普遍重視，已先後對鋁、鎂、銅、鋼鐵等合金和複合材料在半固態工藝試驗和理論等方面開展了廣泛的研究。廣大科技工作者在半固態合金的漿料製備（如電磁攪拌法製備半固態鋁合金、鋼鐵漿料和坯料、斜槽法製備合金漿料、半固態緩合金雙螺鏇流變製備裝置）、合金的半固態觸變和流變成形、半固態組織的形成機制、觸變成形過程的數值模擬等基礎理論和試驗研究方面開展了大量卓有成效的研究工作。
近些年來，隨著對半固態成形技術研究工作的不斷深入和對輕質合金半固態成形技術的成熟掌握，研究重點已逐步從以半固態組織研究為主的理論研究向以半固態成形實用複雜結構零件加工和複合材料制各加工的方向邁進。
作者在師從R.kopp教授於德國亞琛工業大學金屬成形所攻讀博士期間，有幸負責了Kopp教授主持的德意志科研聯合會（DFG-Deutsche ForschungsGemeinschaft）特殊領域研究項目SFB289（Sonder Forschungs Bereich）（也稱為重大基礎研究項目）課題：“金屬材料半固態成形技術及其性能”中的子項目——有色金屬及其複合材料的半固態鍛造技術及其模擬。該SFB289項目從1996年起分4期共連續12年從德國政府獲得資金支持（總項目於2007年結束），是公認的水平很高的半固態研究項目，先後共有12個研究所和3個公司參與合作，涉及研究領域包括冶金、材料學、表面工程、摩擦技術、陶瓷、自動化控制、熱能控制技術、成形技術、模擬技術等，對半固態成形技術進行了全面、深入和系統的基礎研究和工業開發。在研究過程中，作者獨立設計了一複雜標準零件成形的整套模具，對A356鋁合金及其顆粒增強複合材料從半固態坯料製備、感應加熱到半固態鍛造成形從理論和試驗上進行了系統的研究，在試驗中實現了半固態鍛造成形中等規模的生產。此外，使用有限元軟體（Larstran/Shape）對鍛造成形過程成功進行模擬。首次提出半固態漿料流動前沿等體積流量概念，在試驗中成功得到驗證。對半固態複合連線成形技術進行了系統研究，成功實現半固態鋁合金與黃銅、純銅、普通碳素鋼和不鏽鋼的無缺陷連線。
雙層複合管的加工製造是近幾年發展起來的一種先進成形工藝，主要套用於汽車、建材、石油化工、暖通以及航空航天等領域。用常規方法生產的雙層管，其內層管與外層管之間的連線有縫隙，在對強度和連線有極高要求的領域如航空航天領域，這些縫隙會對飛行器安全構成致命威脅，因為在高溫下縫隙中的空氣會受熱膨脹使複合管變形而損害。此外，生產複合管通常至少需要兩個工步：第一步是分別生產出同質材料的單層管；第二步是採用包覆或焊接的方法將第一步生產出的單層管進行複合連線。該工藝生產周期長、能耗高、不能實現一次成形。針對上述問題，作者提出了用半固態成形技術與多坯料擠壓成形相結合的新方法來製備加工雙層複合管，使雙層管制備過程與連線過程同時完成。該技術是一項高度集成的原創性技術，不但可以實現雙層管生產過程短流程、近終形的成形製造，而且可以降低能源消耗，提高產品質量。
作者多年以來一直從事半固態成形技術方面的研究工作，為了促進該項技術的發展和套用，在對金屬材料半固態成形技術理論分析總結的基礎上，將作者近些年所從事半固態研究的部分成果進行了總結，並作為本書的主要內容。全書共分8章：第1章緒論；第2章半固態成形用鋁鎂合金及顆粒增強複合材料；第3章金屬材料在半固態下的本構模型；第4章A356鋁合金半固態感應加熱及複雜零件觸變鍛造成形；第5章複雜零件觸變鍛造成形的有限元模擬；第6章鋁鎂合金雙層複合管半固態多坯料擠壓成形；第7章雙層複合管半固態多坯料擠壓成形有限元模擬；第8章等體積流量法在觸變鍛造成形流動前沿中的套用。附錄介紹了第11屆合金及複合材料半固態加工國際學術會議展品情況。
本書第3章中的3.2節單相模型和3.3節雙相模型主要根據Helen V.Atkinson編寫的《Modelling of Semi-solid Processing》書中第3章和第4章翻譯而來；第6章、第7章主要內容選自課題組畢業研究生張鵬和杜艷梅碩士學位論文。其他章節由作者撰寫。在此對所採用文獻的作者表示衷心感謝。
衷心感謝德意志科研聯合會（DFG）、德意志政府學術中心（DAAD）、國家“863”計畫和北京市自然科學基金多年來為作者提供了研究經費，使作者有精力專注於半固態成形技術的研究開發。
由於作者水平有限和時間倉促，不足之處在所難免，虛心接受廣大讀者的批評指正。
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 輕金屬在汽車工業中的套用
1.2 半固態成形技術及其成形方法
1.3 半固態漿料的製備方法及組織形成機理
1.4 半固態加工技術的國內外研究進展
參考文獻
第2章 半固態成形用鋁鎂合金及顆粒增強複合材料
2.1 半固態成形鋁合金的材料及性能
2.2 半固態成形鎂合金的材料及性能
2.3 顆粒增強金屬基複合材料及其半固態成形
參考文獻
第3章 金屬材料在半固態狀態下的本構模型
3.1 半固態金屬材料的物理參數
3.2 金屬材料在半固態狀態下的單相模型
3.3 半固態加工建模的雙相法
參考文獻
第4章 A356鋁合金半固態感應加熱及複雜零件觸變鍛造成形
4.1 感應加熱的原理
4.2 感應加熱中功率選擇的準則和坯料加熱方式
4.3 A356鋁合金的感應加熱及分析
4.4 A356鋁合金的觸變鍛造
4.5 複雜零件觸變鍛造成形中的液固相分離
4.6 斷口分析
參考文獻
第5章 複雜零件觸變鍛造成形的有限元模擬
5.1 有限元模擬技術在半固態成形中的套用
5.2 金屬塑性成形專用商業有限元軟體Larstran/Shape簡介
5.3 用Larstran /Shape軟體建立觸變鍛造模擬的模型
5.4 兩種不同觸變鍛造成形工藝中的金屬流動行為
5.5 A356鋁合金零件的觸變鍛造與其模擬結果比較
參考文獻
第6章 鋁鎂合金雙層複合管半固態多坯料擠壓成形
6.1 雙層複合管的套用及製備技術概述
6.2 鋁鎂合金棒狀和環狀半固態坯料的製備
6.3 棒狀和環狀坯料半固態的二次加熱與微觀組織
6.4 雙層複合管半固態多坯料擠壓成形模具設計
6.5 雙層複合管半固態多坯料擠壓成形界面的結合原理
參考文獻
第7章 雙層複合管半固態多坯料擠壓成形有限元模擬
7.1 有限元仿真軟體ABAQUS簡介
7.2 雙層複合管有限元模擬模型的建立
7.3 雙層複合管不同擠壓成形方式的有限元模擬及分析
7.4 三種擠壓成形方式的比較
參考文獻
第8章 等體積流量法在觸變鍛造成形流動前沿中的套用
8.1 流動前沿的設計
8.2 使用平鍛模和帶有16°角的鍛模進行工步擠壓
8.3 使用平鍛模和帶有16°角的鍛模進行鐓粗
8.4 觸變鍛造流動前沿研究結果討論
參考文獻
附錄 第11屆合金及複合材料半固態加工國際學術會議展品介紹
