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第1章 绪论1

1.1金属材料加工分类1

1.1.1枝晶材料固-液态加工2

1.1.2非枝晶材料半固态加工5

1.2金属材料加工链12

1.2.1固-液成形技术的工艺构成12

1.2.2金属材料成形发展路线12

1.2.3金属材料加工链的生成14

1.2.4金属加工链的物理意义14

1.3金属材料固-液成形技术理论框架15

1.3.1理论框架15

1.3.2三个科学问题15

1.3.3一个典型过程17

1.3.4成形制件质量控制17

1.4历史与展望18

1.4.1发展历史18

1.4.2发展趋势与展望20

参考文献22

第一篇 固-液态金属流变学25

第2章 固-液态金属流变学基础25

2.1固-液态金属流变学类型25

2.1.1牛顿型流动25

2.1.2非牛顿型流动27

2.1.3广义牛顿型流体28

2.1.4依时性非牛顿型流体30

2.1.5胡克弹性体的弹性流动31

2.1.6圣维南体的塑性流动32

2.1.7简单的流变模型33

2.2网络结构模型34

2.2.1物质内部结构的网络特征34

2.2.2网络形成熵39

2.3基本方程组40

2.3.1连续性方程——质量守恒定律40

2.3.2动量方程——动量守恒定律42

2.3.3能量方程——能量守恒定律43

2.3.4热力学方程44

2.4本构方程45

2.4.1牛顿型流体的本构方程45

2.4.2广义牛顿型流体的本构方程46

参考文献47

第3章 两种结构的固-液态金属流变学行为及触变特性48

3.1枝晶结构固-液态金属流变学48

3.1.1枝晶结构组织特征48

3.1.2液态模锻下“补缩”流变学行为49

3.1.3热裂纹形成的流变学行为49

3.2非枝晶结构固-液态金属流变学50

3.2.1半固态金属加工流动模型51

3.2.2半固态金属流变学行为52

3.3触变行为58

3.4高固相体积分数半固态ZK60-RE触变行为研究61

3.4.1影响因素分析61

3.4.2半固态合金触变行为的微观机制70

3.4.3高固相体积分数半固态等温压缩过程固-液相变化机制71

3.5网络结构与触变行为74

3.5.1低固相体积分数下网络结构与触变流动74

3.5.2高固相体积分数下网络结构与触变流动75

3.5.3耗散理论解释破坏与重建75

参考文献77

第4章 流变学在固-液态金属加工中的应用78

4.1流变学在枝晶结构固-液态加工中的应用78

4.1.1引言78

4.1.2铸造合金的流变性能78

4.1.3压铸充型中的流变学问题80

4.1.4缩松形成的流变学行为81

4.2流变学在半固态金属加工中的应用82

4.2.1剪切应力场生成82

4.2.2半固态金属模锻成形83

4.2.3半固态金属压铸成形90

4.2.4半固态金属射注成形103

参考文献107

第二篇 金属材料高压凝固学111

第5章 高压凝固过程的传热111

5.1常压下凝固过程传热特点111

5.1.1热量传输111

5.1.2两界面呈动态迁移112

5.1.3“三传”耦合113

5.2高压下金属凝固过程的传热特点113

5.3金属固-液压力加工模具温度场115

5.3.1液态模锻下模具温度场115

5.3.2液态挤压下模具温度场120

5.4液态模锻下熔体的温度场124

5.4.1液态模锻下熔体温度场的试验测定124

5.4.2压力下熔体全温度场125

参考文献127

第6章 高压凝固下的质量传输及成分过冷128

6.1常压下金属凝固过程的传质128

6.1.1完全平衡凝固条件下的溶质再分布128

6.1.2凝固时液相中只有扩散的溶质再分布129

6.1.3液相中完全混合的溶质再分布131

6.1.4液相中部分混合（有对流作用）的溶质再分布132

6.2常压下形成成分过冷的条件134

6.3成分过冷的过冷度136

6.4常压下界面稳定性与晶体形态137

6.4.1纯金属的晶体形态137

6.4.2成分过冷对合金晶体外貌的影响137

6.4.3胞晶组织的形成139

6.5液态模锻在高压下的成分过冷140

6.5.1合金本身的因素140

6.5.2工艺因素141

6.6液态模锻高压下“结构效应”142

6.7偏析144

6.7.1偏析的基本特征144

6.7.2显微偏析145

6.7.3宏观偏析146

6.7.4液态模锻高压下压力对显微偏析的影响148

6.7.5液态模锻高压下压力对宏观偏析的影响149

6.8液态模锻下压力对晶体长大中形成的结构缺陷的影响153

6.8.1空位的形成153

6.8.2位错的形成153

6.8.3压力对晶格空位和位错的影响154

6.9液态模锻下压力对气体析出过程的影响154

6.9.1气体在金属中的溶解度155

6.9.2气泡的形成156

6.9.3压力对气体析出过程的影响156

参考文献158

第7章 高压凝固热力学159

7.1固-液金属结构159

7.2高压凝固三种热力学模型160

7.2.1绝热压缩型160

7.2.2等温压缩型161

7.2.3混合压缩型162

7.3高压凝固下金属和合金的热物理参数163

7.3.1熔化温度163

7.3.2热导率164

7.3.3密度165

7.3.4结晶潜热和比热容166

7.4高压凝固下合金相图的特点166

7.4.1铁-碳相图167

7.4.2铝-硅状态图170

参考文献171

第8章 高压凝固下的固化机制172

8.1高压凝固形核条件与特点172

8.1.1凝固时体收缩金属的热力学条件172

8.1.2凝固时体膨胀的金属和合金的热力学条件173

8.2高压凝固下金属和合金凝固的动力学条件173

8.2.1形核率174

8.2.2长大线速率178

8.2.3压力与动力学条件的关系180

8.3压力作用下合金的石墨化181

参考文献186

第9章 高压下金属液的凝固过程187

9.1高压下金属液的动态凝固过程187

9.1.1浇注时的机械冲刷187

9.1.2金属液内的自然对流188

9.1.3异形冲头作用下金属液的反向流动191

9.1.4硬壳层塑性变形时的金属液流动191

9.1.5选择结晶产生的低熔点物质流动192

9.2高压下金属液的凝固方式192

9.2.1大气压下的低碳钢凝固方式192

9.2.2高压凝固时温度场的分布193

9.2.3高压凝固时金属液凝固的特点194

9.2.4高压下低碳钢的凝固方式195

9.3高压凝固下的收缩过程197

9.3.1压力对收缩过程的影响197

9.3.2液态模锻件的收缩特征198

9.4高压下的凝固时间及方程203

9.4.1理论公式的推导203

9.4.2液态模锻凝固时间方程204

9.4.3高压凝固时间的试验测定207

参考文献209

第三篇 金属材料固－液塑性力学213

第10章 枝晶态固-液塑性力学213

10.1液态模锻下固-液塑性变形213

10.1.1两种力学模型213

10.1.2塑性变形机制分析214

10.1.3液态模锻下塑性变形力学解析解222

10.2液态挤压下的固-液塑性变形229

10.2.1固-液挤压过程建立要素230

10.2.2各要素的协调关系240

10.3液态浸渗后直接挤压240

10.3.1液态浸渗过程的研究240

10.3.2液态浸渗后直接挤压工艺的研究244

参考文献252

第11章 球晶结构固-液态金属（半固态）塑性力学253

11.1不同固相体积分数下的本构方程253

11.2触变强度254

11.3高固相体积分数SiCp/2024复合材料的本构模型259

11.4半固态塑性变形机制268

参考文献269

第四篇 金属材料固-液成形学273

第12章 液态模锻273

12.1液态模锻工艺特点及适用范围273

12.1.1工艺方法分类273

12.1.2工艺特点276

12.1.3工艺适应范围276

12.2液态模锻模具、工艺及设备277

12.2.1液态模锻模具设计277

12.2.2液态模锻设备286

12.2.3液态模锻工艺参数293

12.3液态模锻件组织性能295

12.3.1组织与性能295

12.3.2性能与组织关系302

参考文献302

第13章 液态挤压303

13.1管、棒、型材液态挤压303

13.1.1管材液态挤压303

13.1.2型材液态挤压311

13.1.3线、棒材液态挤压312

13.2液态挤压强韧化314

13.2.1锌基合金液态挤压强韧化314

13.2.2 ZL108铝合金液态挤压强韧化327

13.3液态挤压过程模拟333

13.3.1程序设计及参数选取333

13.3.2模拟结果335

参考文献339

第14章 半固态成形340

14.1工艺特点及应用范围340

14.1.1半固态成形的特点341

14.1.2半固态成形的适用范围342

14.2半固态成形用材料及其制备方法342

14.2.1半固态成形用材料342

14.2.2半固态成形用材料的制备方法345

14.3非枝晶组织及形成机制352

14.3.1非枝晶组织特征352

14.3.2搅拌过程中微观组织的形成与演化354

14.3.3非枝晶形成机制356

14.4金属在半固态等温热处理过程中的组织演化359

14.5半固态金属坯料重熔（二次加热）360

14.6半固态成形技术362

14.6.1半固态压铸362

14.6.2半固态触变模锻365

14.6.3触变注射成形367

参考文献368

第15章 双控（控形、控性）成形369

15.1双控成形工艺简介369

15.2双控成形技术分析及工艺参数371

15.2.1双控生产中的合金液充型过程分析371

15.2.2双控生产中的锻造过程分析373

15.2.3双控成形工艺参数374

15.3双控成形模具设计376

15.4双控成形设备377

15.5双控成形生产378

15.6摩托车发动机镁合金外壳双控成形379

15.7摩托车镁合金轮毂双控成形382

15.7.1引言382

15.7.2镁合金卧式铸锻双控成形机及工艺过程383

15.7.3摩托车轮毂双控成形模具设计384

15.7.4镁合金摩托车轮毂铸锻双控成形性分析388

参考文献399

第五篇 工程应用学及质量控制403

第16章 钢质液态模锻403

16.1钢质液态模锻生产403

16.1.1模具准备403

16.1.2操作要点404

16.1.3钢质液态模锻件的检验406

16.2实际应用407

16.2.1钢平法兰407

16.2.2钢质杯形件414

参考文献432

第17章 有色金属液态模锻433

17.1铝合金件液态模锻生产实例433

17.1.1汽车铝轮毂433

17.1.2摩托车铝轮毂436

17.1.3铝合金薄壁板件液态模锻439

17.2铜合金件的生产实例440

17.2.1滑块壳体液态模锻440

17.2.2黄铜阀体442

17.3锌合金液态模锻444

17.3.1增氧机锌合金涡轮444

17.3.2锌合金齿轮445

17.4镁合金液态模锻446

17.4.1镁合金轴筒446

17.4.2镁合金壳体448

参考文献450

第18章 半固态成形工艺应用451

18.1半固态成形工艺应用现状及前景分析451

18.1.1流变成形应用451

18.1.2触变成形应用456

18.2铝合金半固态成形459

18.2.1在汽车领域应用459

18.2.2在非汽车领域中应用465

18.3镁合金半固态成形466

18.4高熔点合金半固态成形469

参考文献471

第19章 金属基复合材料固-液成形工艺472

19.1固-液模锻工艺472

19.1.1关键技术473

19.1.2典型复合材料液态模锻件成形与组织性能479

19.1.3应用实例487

19.2液态浸渗后直接挤压Al2 O3sf/Al复合材料组织与性能研究495

19.2.1 Al2O3sf/Al复合材料组织研究495

19.2.2 Al2O3sf/Al复合材料界面研究498

19.2.3 Al2O3sf/Al复合材料性能研究502

19.3金属基复合材料半固态成形505

19.3.1引言505

19.3.2基本原理505

19.3.3金属基复合材料半固态坯（浆）料制备方法506

19.3.4电磁搅拌制备颗粒增强金属基复合材料507

19.3.5碳化物颗粒/Cu复合材料半固态制备514

19.3.6应用实例516

参考文献522

第20章 金属材料固-液成形质量及控制524

20.1液态模锻缺陷形成及对策524

20.2液态挤压缺陷形成及控制528

20.2.1液态挤压缺陷分析528

20.2.2影响制件质量的主要因素531

20.3半固态铸造的缺陷分析533

20.4金属基复合材料固-液成形质量分析534

参考文献534