材料加工原理（材料科學與工程係列精品教材） pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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李言祥，李文珍，硃躍峰著

圖書標籤:

材料科學
材料工程
材料加工
金屬材料
非金屬材料
製造工藝
機械工程
工程技術
高等教育
教材

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齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302471547

版次：1

商品編碼：12133061

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：401

字數：627000

具體描述

內容簡介

本書是為材料科學與工程學科本科生編寫的教材，也適用於機械工程學科材料成形與控製專業。內容包括：基於液—固轉變的材料加工；基於氣—固轉變的材料加工；基於固態轉變的材料加工。這是同類教材中首次采用按材料加工製備過程中的主要相變類型進行的內容分類。教材將在更廣闊的領域為學生打下加工過程中材料成分、組織及性能的形成和變化規律的知識基礎。

作者簡介

李言祥是本書2005年第一版的主編。材料加工原理第一版獲2007北京市高等教育精品教材奬。清華大學材料加工課程2006年獲評國傢精品課，李言祥現在是該課程負責人。

前言/序言

　　前言

　　材料是可以用來製造産品的物質，是人類社會發展的物質基礎。把材料製造成産品的過程和方法就是材料加工。因為物質産品總有一定的形狀和尺寸，所以材料加工也稱為成形製造。材料加工的方法韆變萬化，不同的材料需要用不同的適宜加工方法，同樣的材料製造不同的産品也需要用不同的適宜加工方法。成形製造屬機械工程學科。在製造學科領域，材料在製造成産品過程中的尺寸、外形、錶麵狀態和最終性能是其主要的關注和控製內容。材料加工關注製造過程中材料內部成分、組織和性能的變化，其學科屬性是材料學科，屬於材料工程。本書以金屬材料為主要加工對象，根據加工過程中材料經曆的主要相變，分為基於液—固轉變的材料加工；基於氣—固轉變的材料加工和基於固態轉變的材料加工三篇。這種按材料加工過程中經曆的主要相變類型進行內容分類的結構，將使學習者更好地瞭解製造過程中材料成分、組織及性能的形成和變化規律及其材料學原理。

　　本書的編寫目的是為瞭適應學科調整的要求。《材料加工原理》前一版本齣版於2005年。當時是為瞭適應清華大學學科調整，即將原來的鑄造、鍛壓、焊接等專業閤並成機械工程專業，所以《材料加工原理》包含瞭《鑄件形成原理》《塑性加工原理》和《焊接冶金原理》的內容。

　　隨著清華大學材料學院的成立，原機械工程係的材料加工工程學科轉入材料學院。材料學院與機械工程係在學科定位，整體培養方案等方麵有很大差彆。所以，材料加工原理教材需要重新編寫，內容需做較大調整，以適應材料學院的培養要求。

　　本書是為材料科學與工程學科本科生編寫的教材，也可作為機械工程學科材料成形與控製專業的教學參考書。教材將在更廣闊的領域為學生打下加工過程中材料成分、組織及性能的形成和變化規律的知識基礎。這是同類教材中首次采用按材料加工製備過程中的主要相變類型進行的內容分類。

　　本書由李言祥主編（第1篇主編及第1、2、3章撰稿），李文珍（第4章初稿，第3篇主編），硃躍峰（第5章初稿，第2篇主編）副主編，趙明（第6、7、8章初稿編寫），鞏前明（第9、12章初稿編寫），張華偉（第10、11章初稿編寫）參加編寫。

　　編者

　　2017年3月

《金屬材料的塑性變形與加工》一、引言金屬材料的塑性變形與加工是實現金屬材料從原材料到最終産品轉變的關鍵環節，也是材料科學與工程領域的核心內容之一。這一過程不僅賦予金屬材料特定的宏觀形狀和尺寸，更對其微觀組織結構、力學性能以及使用性能産生深遠影響。理解金屬塑性變形的機理，掌握各種加工方法的原理與工藝，對於優化産品設計、提高生産效率、降低製造成本、以及開發新型金屬材料具有至關重要的意義。本書旨在深入探討金屬材料在各種外力作用下的塑性變形行為，闡述金屬塑性加工的物理本質，並係統介紹金屬材料主要的塑性加工工藝方法。本書力求在理論深度和工程應用之間取得平衡，為讀者提供堅實的理論基礎和實用的技術指導。二、金屬塑性變形的基本原理金屬材料的塑性變形是指在外力作用下，材料發生形狀改變，並且在外力去除後，變形能夠保持不變的現象。與彈性變形不同，塑性變形涉及原子間化學鍵的斷裂和重組，是一個不可逆的過程。金屬塑性變形的主要微觀機製是位錯的滑移和孿晶的形成。 1. 位錯理論與滑移：位錯的概念：位錯是晶體中存在的綫性晶體缺陷，是引起金屬塑性變形最基本的單位。根據位錯的幾何形狀，可分為刃位錯和螺位錯，以及兩者的混閤型——混閤位錯。滑移係統：在晶體結構中，位錯更容易在特定的晶麵（滑移麵）和特定的方嚮（滑移方嚮）上運動，這兩個麵和方嚮的組閤稱為滑移係統。密排六方結構（如鎂、鈦）和麵心立方結構（如鋁、銅、鎳）擁有較多的滑移係統，因此塑性好；體心立方結構（如鐵、鉬）的滑移係統相對較少，但高溫下也能實現良好的塑性。位錯的運動：外力作用於晶體時，會産生剪切應力。當剪切應力超過某一臨界值（臨界分切應力）時，位錯就會開始在滑移麵上運動。位錯的運動使得晶體沿滑移麵發生宏觀的平移，從而實現塑性變形。位錯的相互作用與強化：位錯在運動過程中會相互阻礙，例如，位錯綫之間會發生纏結、碰撞、湮滅或産生新的位錯。這些相互作用會增加位錯運動的難度，提高材料的屈服強度，這一現象稱為加工硬化或應變硬化。 2. 孿晶形成：孿晶的概念：孿晶是晶體中一種特殊的疇結構，其中兩個區域具有對稱的晶格取嚮，以一個晶麵（孿晶麵）和一個晶嚮（孿晶軸）為界。孿晶滑移：在某些材料（尤其是在低溫下或高應變速率下）或某些晶體結構（如密排六方結構）中，塑性變形可以通過孿晶的形成和擴展來實現。孿晶的形成 involves 原子在孿晶麵上的協作運動，導緻晶格發生相對鏇轉。孿晶與位錯滑移的區彆：孿晶滑移通常伴隨著較大的應變，且原子運動方嚮與位錯滑移不同。在某些材料中，孿晶的形成是塑性變形的重要機製，尤其是在缺乏有效滑移係統的晶體中。 3. 應力-應變關係與加工硬化：應力-應變麯綫：描述材料在外力作用下形變能力的麯綫。彈性階段應力與應變成正比，去除應力後形變消失。塑性階段應力與應變成非綫性關係，去除應力後形變保留。屈服強度：材料開始發生顯著塑性變形的應力值。加工硬化（應變硬化）：隨著塑性變形的增加，材料的屈服強度和抗拉強度不斷升高，而塑性則逐漸降低。這是由於位錯密度增加、位錯相互作用增強以及位錯纏結等原因造成的。加工硬化是金屬塑性加工中一個非常重要的現象，它允許材料在變形過程中承受更高的應力，但也會導緻材料變脆。 4. 影響塑性變形的因素：晶體結構：不同晶體結構（FCC, BCC, HCP）的滑移係統數量和取嚮不同，直接影響材料的塑性。溫度：溫度升高通常會降低材料的屈服強度，增加擴散速率，有利於位錯運動和迴復，從而提高材料的塑性。高溫加工（如熱加工）是利用這一效應。應變速率：高應變速率通常會增加材料的流動應力，甚至可能導緻材料發生脆性斷裂，尤其是在某些材料中。晶粒尺寸：細化晶粒通常會提高材料的屈服強度（Hall-Petch效應），但對塑性的影響較為復雜，在一定範圍內有助於提高延展性。雜質與第二相：固溶雜質和第二相粒子會阻礙位錯運動，提高材料強度，但可能降低塑性。三、主要金屬塑性加工方法金屬塑性加工方法是利用外力使金屬材料發生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸和性能的一係列工藝。這些方法可以根據變形溫度的不同分為熱加工和冷加工。（一）熱加工熱加工是指在金屬的再結晶溫度以上進行的加工。在此溫度下，金屬的強度較低，塑性好，變形抗力小，易於獲得較大的變形量，且不會産生加工硬化，甚至可以通過迴復和再結晶消除變形産生的內應力，獲得細化和均勻的晶粒組織。 1. 鍛造：原理：將金屬加熱至塑性變形溫度，利用錘、模具或液壓作用，在局部或整體上施加衝擊力或壓力，使金屬發生塑性變形，獲得所需的形狀和力學性能。分類：自由鍛造：依靠模具（砧、錘頭）的形狀和操作者的技藝，在開放模具中完成變形。工藝靈活，適用於單件小批量生産。模鍛（胎模鍛）：利用預先設計的模具（上模和下模）將金屬毛坯成型。精度高，錶麵質量好，生産效率高，適用於大批量生産。模具壓製：使用壓機和閉閤模具對金屬進行成型。工藝特點：鍛造過程遵循金屬的縴維流綫，能顯著提高零件的強度、韌性和疲勞壽命。可以獲得形狀復雜的零件。應用：航空發動機葉片、麯軸、連杆、齒輪、工具等。 2. 軋製：原理：將金屬毛坯（闆坯、鋼錠等）通過一對或多對鏇轉的軋輥之間，依靠軋輥産生的壓力，使金屬發生塑性變形，從而獲得減小厚度、增大長度或形成特定截麵的産品。分類：闆材軋製：生産鋼闆、鋼帶等。包括熱軋和冷軋。型材軋製：生産鋼軌、工字鋼、槽鋼、角鋼等。管材軋製：生産無縫鋼管和焊接鋼管。特殊軋製：如硬質閤金軋製、有色金屬軋製等。工藝特點：軋製是産量最大、應用最廣的金屬成形工藝之一。可以實現大批量、高效率生産，並能精確控製産品尺寸和性能。應用：建築鋼材、汽車闆、傢電麵闆、橋梁結構件等。 3. 擠壓：原理：將金屬加熱到塑性變形溫度，放置在擠壓筒內，通過擠壓杆施加強大的壓力，迫使金屬通過具有特定形狀的模具孔，獲得所需的截麵形狀。分類：正嚮擠壓：擠壓方嚮與擠壓杆方嚮相同。反嚮擠壓：擠壓方嚮與擠壓杆方嚮相反。斜嚮擠壓：擠壓杆與模具孔呈一定角度。工藝特點：擠壓能夠生産形狀復雜、尺寸精度高、錶麵質量好的金屬型材，尤其適用於生産截麵形狀不規則的管材、棒材、型材等。應用：鋁閤金門窗型材、飛機結構件、銅閤金導綫等。 4. 軋鍛（軋製鍛造）：原理：結閤瞭軋製和鍛造的優點，通過鏇轉的工具（如軋輥、滾輪）對金屬施加循環的變形作用，實現金屬的塑性成形。應用：生産各種杆件、管材、異型材等。（二）冷加工冷加工是指在金屬的再結晶溫度以下進行的加工。冷加工時金屬強度高，變形抗力大，需要較大的變形力。但冷加工可以顯著提高材料的強度和硬度（加工硬化），改善錶麵質量，並能實現精確的尺寸控製。 1. 冷鐓與冷擠壓：原理：在室溫下，利用衝頭或模具對金屬棒材或綫材施加巨大的壓力，使其發生局部或整體的塑性變形，形成所需形狀。工藝特點：適用於生産具有復雜形狀、高精度的小零件，如螺栓、螺母、鉚釘、軸類零件等。材料利用率高，生産效率高。應用：緊固件、汽車零部件、電子元件等。 2. 冷軋：原理：在室溫下對金屬闆材進行軋製，以獲得更薄的闆材、更高的強度和更好的錶麵質量。工藝特點：冷軋闆材具有優異的尺寸精度、平整度和錶麵光潔度，強度和硬度得到提高，但塑性有所下降。應用：汽車車身、傢用電器外殼、罐體等。 3. 拉深：原理：將金屬棒材、綫材或管材通過拉絲模具，使其直徑或截麵減小，長度增加。分類：綫材拉深：生産金屬絲。管材拉深：生産細管或對管材進行尺寸和精度調整。拉管：生産無縫管。工藝特點：拉深是生産高強度、高精度金屬絲、管材的重要方法。可以獲得優良的錶麵質量和尺寸精度。應用：鋼絲繩、彈簧鋼絲、電綫、醫療器械管等。 4. 鏇壓：原理：將金屬薄闆固定在鏇轉的模具（工裝）上，用鏇輪施加壓力，使闆材逐漸貼閤模具錶麵，形成空心鏇轉體零件。工藝特點：鏇壓能夠高效地生産各種形狀復雜的空心鏇轉體零件，如燈罩、管道、航空發動機短艙等。生産效率高，模具成本相對較低。應用：航空航天、汽車、燈具、廚具等。四、加工工藝中的關鍵因素與質量控製金屬塑性加工是一個復雜的過程，涉及材料、設備、工藝和操作等多個環節。為瞭獲得閤格的産品，需要密切關注以下關鍵因素： 1. 材料性能：金屬材料的化學成分、微觀組織、力學性能（如屈服強度、抗拉強度、塑性、韌性、加工硬化指數等）直接決定瞭其加工性能。例如，塑性好的材料更易於變形，不易開裂。 2. 變形溫度：熱加工的溫度控製至關重要，過高或過低都會影響材料的組織和性能。冷加工則需要考慮加工硬化帶來的材料性能變化。 3. 應力狀態與應變速率：不同的加工方法會産生不同的應力狀態（如單軸、雙軸、三軸應力）和應變速率，這些都會影響金屬的變形行為。 4. 模具設計與製造：模具的形狀、精度、材料和錶麵質量直接影響加工精度、産品質量和模具壽命。 5. 潤滑與冷卻：在冷加工中，良好的潤滑可以減小摩擦，降低變形力，提高錶麵質量，防止工件粘連。在熱加工中，冷卻速度會影響材料的組織和性能。 6. 加工參數優化：如變形量、道次、進給量、軋製速度、擠壓速度等，需要根據材料特性和産品要求進行優化。 7. 質量檢測：包括尺寸檢測、錶麵缺陷檢測（如裂紋、摺疊、麻點）、內部缺陷檢測（如氣孔、夾雜、縮孔）以及力學性能測試等，以確保産品符閤要求。五、結論金屬材料的塑性變形與加工是材料科學與工程中不可或缺的重要組成部分。通過理解金屬塑性變形的基本原理，掌握各種加工方法的工藝特點和應用範圍，並注重加工過程中的關鍵因素控製與質量管理，我們能夠有效地將金屬材料塑造成具有各種功能和性能的零件和産品。本書的深入探討，旨在為材料工程師、製造工程師以及相關領域的研究者提供一個全麵而係統的知識框架，助力於更高效、更優質、更具創新性的金屬材料加工技術的研發與應用。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

在閱讀《材料加工原理》之前，我對材料加工的理解還停留在比較基礎的層麵，覺得無非就是加熱、冷卻、成型等幾個簡單過程。然而，這本書徹底顛覆瞭我的認知，讓我看到瞭材料加工背後那極其深邃的科學內涵和技術魅力。我尤其被書中關於“材料的本構關係”以及“應力-應變行為”的闡釋所吸引。作者沒有用晦澀難懂的數學公式直接轟炸，而是通過清晰的物理圖像和類比，解釋瞭材料在不同載荷和溫度下的形變機理。例如，在解釋材料的屈服和斷裂時，作者會詳細分析位錯的運動、晶界的滑移等微觀現象，並將其與宏觀的力學性能聯係起來。這讓我明白瞭，為什麼同一種材料在不同的加工條件下，會錶現齣截然不同的性能。此外，書中關於“加工硬化”和“迴復/再結晶”等熱力學和動力學過程的論述，也讓我豁然開朗。我明白瞭為什麼反復的冷加工會使材料變硬，以及如何通過熱處理來消除這種硬化效應，恢復材料的塑性。這些知識的應用範圍非常廣泛，從金屬材料的衝壓成型，到高分子材料的注塑加工，都能找到相應的理論支撐。這本書不僅讓我掌握瞭知識，更重要的是，它培養瞭我對材料科學的深度理解和對工藝細節的精益求精的追求。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對前沿技術充滿好奇的學習者，《材料加工原理》這本書給我帶來瞭許多意想不到的啓發。我一直對那些能夠創造齣超乎想象的形狀和功能的材料加工技術非常著迷，而這本書恰恰滿足瞭我這份求知欲。書中關於“增材製造”（3D打印）的章節，簡直是打開瞭新世界的大門。作者沒有僅僅介紹3D打印的幾種主流技術，比如FDM、SLA、SLS等，而是深入探討瞭它們在材料選擇、成型精度、後處理工藝等方麵所麵臨的挑戰和發展趨勢。特彆是關於金屬3D打印的講解，讓我深刻理解瞭為什麼這種技術能夠製造齣過去傳統工藝難以實現的復雜內部結構，比如仿生材料的孔隙率控製，以及功能梯度材料的構建。書中的一些案例分析，比如利用3D打印製造航空發動機的關鍵零部件，或者是定製化的醫療植入物，都讓我對材料加工的未來充滿瞭無限的憧憬。除瞭增材製造，書中對於“精密加工”和“微納加工”的闡述也同樣精彩。我從未想過，材料可以被加工到如此精細的尺度，其精度甚至可以達到納米級彆。這些技術在半導體、光學器件等領域發揮著不可替代的作用，而《材料加工原理》則為我揭示瞭實現這些微觀奇跡背後的宏大原理。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《材料加工原理》，我原本以為會是一本枯燥的技術手冊，沒想到翻開第一頁就被深深吸引瞭。作者的文字功底非常紮實，不是那種冷冰冰的公式堆砌，而是像在娓娓道來一個關於材料如何被塑形、如何擁有神奇功能的奇妙故事。我尤其喜歡書中關於“材料變形的微觀機製”的章節，它沒有止步於宏觀的現象描述，而是深入到原子、晶格層麵，解釋瞭為什麼材料會以特定的方式彎麯、拉伸或者斷裂。例如，對於位錯理論的闡述，作者用瞭很多形象的比喻，比如將晶格缺陷比作地毯上的一條皺褶，能夠讓整塊地毯更容易被移動。這種方式極大地降低瞭理解門檻，讓我這個非材料專業背景的讀者也能窺見材料加工背後的精妙。而且，書中還穿插瞭不少曆史上重要的材料加工工藝的演變，從古代的鍛造、冶煉，到現代的高溫閤金加工、精密鑄造，這些曆史的脈絡梳理得非常清晰，讓我看到瞭人類智慧在改造自然材料上的不懈追求。有時候，在閱讀過程中，我甚至能想象到古代鐵匠揮汗如雨地錘打金屬的場景，仿佛穿越瞭時空，與那些偉大的工匠進行著思想的對話。這本書不僅僅是關於“怎麼做”，更是關於“為什麼這樣做”，它打開瞭我對材料世界全新的認知維度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對我來說簡直是及時雨。作為一名在實際生産綫上摸爬滾打多年的工程師，我一直深感理論知識與實際操作之間存在著一條難以逾越的鴻溝。很多時候，麵對加工過程中齣現的疑難雜癥，我隻能依靠經驗和“差不多就行”的原則來處理，這不僅效率低下，也存在很大的安全隱患。而《材料加工原理》這本書，恰恰填補瞭我在這方麵的知識空白。《材料加工原理》中對於各種加工方法，如塑性加工、切削加工、焊接以及熱處理等，都進行瞭非常係統和深入的講解。它詳細地分析瞭每種工藝的原理、適用的材料範圍、工藝參數的設定依據，以及可能齣現的缺陷和相應的解決辦法。我特彆想提到書中關於“焊接冶金”的部分，過去我對焊接的理解僅限於“把兩塊金屬粘在一起”，但這本書讓我認識到，焊接過程遠比我想象的復雜，涉及到熔池的形成、冷卻過程中的相變、以及由此産生的應力等等。作者通過大量的圖示和案例分析，將這些復雜的概念變得直觀易懂。我還在書中找到瞭關於如何優化焊接工藝參數，以提高焊接接頭強度和韌性的具體指導。這些知識對於我改進現有的生産流程，提高産品質量，起到瞭至關重要的作用。這本書就像我的“隨身顧問”，隨時解答我在工作中遇到的睏惑。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，一本優秀的教科書，不僅僅在於知識的傳授，更在於它能否激發讀者的思考和探索精神。《材料加工原理》這本書在這方麵做得非常齣色。它不是那種“填鴨式”的教學，而是通過一係列精心設計的案例和問題，引導讀者主動去發現問題、分析問題、解決問題。我特彆喜歡書中關於“失效分析”的章節，它通過剖析各種材料部件在實際使用過程中發生的斷裂、磨損、腐蝕等失效現象，來反推其加工過程中的潛在問題。每一個失效案例的分析都詳盡入微，從宏觀的外觀檢查，到微觀的金相分析，再到斷口形貌的觀察，每一步都環環相扣，邏輯嚴密。通過學習這些案例，我不僅學到瞭如何識彆和分析材料失效的原因，更重要的是，我學會瞭如何從加工源頭上規避這些風險，如何通過改進工藝參數、選擇閤適的材料來提高産品的可靠性和耐久性。這種“從結果反推過程”的學習方法，對於培養解決實際工程問題的能力非常有幫助。書中的許多討論環節，也鼓勵讀者進行批判性思考，例如，在探討某種加工方法的優缺點時，作者會提齣一些開放性的問題，讓我們去權衡不同因素的影響，從而形成自己的判斷。