本書討論液態(tài)加工、凝固加工、半固態(tài)加工、固態(tài)變形加工、連接加工等過程中材料的結(jié)構(gòu)、性能、形狀隨外加加工條件而變化的規(guī)律。內(nèi)容涉及物理冶金、化學(xué)冶金、力學(xué)冶金以及熱量傳輸、動量傳輸、質(zhì)量傳輸?shù)然A(chǔ)理論和專門知識。在材料的加工過程中往往發(fā)生多種物理化學(xué)現(xiàn)象，涉及物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移和變化。本書的內(nèi)容就是要闡釋這些現(xiàn)象的本質(zhì)，揭示變化的規(guī)律，使學(xué)習(xí)者掌握材料加工的實質(zhì)，為理解和解決材料加工過程中新發(fā)現(xiàn)的問題，發(fā)展新的加工技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。
本書是為材料加工工程（或材料成形和控制工程）專業(yè)本科高年級學(xué)生編寫的教材，是《材料加工原理》、《材料加工工藝》和《材料加工系列實驗》系列教材中的一種。除作教材外，還可供從事冶金、鑄造、鍛壓、焊接等專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。
材料是可以直接制造成產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過改變和控制材料的外部形狀和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，將材料制造成為人類社會所需要的各種零部件和產(chǎn)品的過程叫材料加工。
現(xiàn)代材料加工的方法種類繁多，如鑄造、壓力加工、焊接、粉末冶金、噴射成形、表面處理、相變熱處理，等等。有些方法已經(jīng)有幾千年的歷史，如鑄造、鍛壓、熱處理等。但在20世紀(jì)以前，這些材料加工技術(shù)一直停留在技藝的水平。隨著物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)、材料學(xué)、彈塑性力學(xué)以及傳熱、擴(kuò)散、流體力學(xué)等傳輸科學(xué)的發(fā)展和在材料加工技術(shù)中的應(yīng)用，人們才逐漸認(rèn)識了材料加工過程中材料的成分、組織、形狀、性能、使用效能等變化的規(guī)律。現(xiàn)代材料加工不僅要賦予材料一定的形狀、尺寸和表面狀態(tài)，而且決定和控制材料變成產(chǎn)品后的內(nèi)部組織和性能。材料本身的結(jié)構(gòu)與性能對材料加工過程也有十分重要的影響，如塑性加工對材料在固態(tài)時的變形能力有較高的要求，高強(qiáng)度材料尤其是脆性材料就不適于塑性成形。采用液態(tài)成形方法要求合金熔體有很好的流動性，因而共晶成分或接近共晶成分的合金，由于熔點(diǎn)低，流動性好，最適合于鑄造成形。同時，鑄造、塑性成形、焊接等材料加工過程反過來對材料的結(jié)構(gòu)與性能有直接的，有時甚至是決定性的影響。本書從物理、化學(xué)、力學(xué)、冶金和材料學(xué)的基本原理出發(fā)，闡述材料加工過程中材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的變化規(guī)律，探討在材料加工過程中改善材料組織與性能的途徑和方法。材料加工過程中的組織轉(zhuǎn)變、溫度場和應(yīng)力場的變化以及缺陷的形成與控制是本書要討論的主要內(nèi)容。
在我國的高等學(xué)校中，從20世紀(jì)50年代開始，仿照前蘇聯(lián)的模式，將材料加工分為鑄造、鍛壓、焊接等單一的專業(yè)，相應(yīng)分別開設(shè)鑄造原理、塑性成形原理、焊接冶金原理等專業(yè)課程。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，過窄的專業(yè)設(shè)置已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)今注重學(xué)科交叉、培養(yǎng)通用人才的教學(xué)改革思想。為了更好地融合拓寬專業(yè)，加強(qiáng)共性基礎(chǔ)，1989年，清華大學(xué)機(jī)械工程系將原來的鑄造、鍛壓、焊接、金屬材料與熱處理四個專業(yè)合并為“機(jī)械工程及自動化”專業(yè)，同時開設(shè)材料加工原理課程，并編寫出版了《近代材料加工原理》一書（清華大學(xué)出版社，1997年3月）。1999年教育部對專業(yè)設(shè)置目錄進(jìn)行了調(diào)整，把原來的鑄造、鍛壓、焊接、金屬材料與熱處理四個專業(yè)合并為“材料成形與控制”專業(yè)。從1999年秋開始，清華大學(xué)機(jī)械工程系在本科開設(shè)了“材料加工原理”和“材料加工工藝”兩門主干必修課。2001年根據(jù)加強(qiáng)教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的需要又加設(shè)了“材料加工系列實驗”課，形成目前的材料加工系列課程。
本書是在多年教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)材料加工系列課程的總體要求和課程分工重新編寫的。其中第1，2章及第3章的3.1，3.2節(jié)由李言祥教授編寫，第4章由朱躍峰副教授編寫，第5章及第3章的3.3，3.4節(jié)由李文珍副教授編寫，第6章由鄒貴生副教授編寫，第7章由吳愛萍教授編寫。本書初稿完成后，2004年曾在清華大學(xué)機(jī)械工程系進(jìn)行了試用，然后在初稿基礎(chǔ)上由李言祥教授（第1~4章）和吳愛萍教授（第5~7章）統(tǒng)一修改定稿。本書在編寫過程中得到了材料加工系列課程負(fù)責(zé)人黃天佑教授的指導(dǎo)和幫助，助教博士生張華偉同學(xué)在文稿編排過程中做了許多工作，一并致謝。
本書的編輯出版得到了清華大學(xué)“985”教材建設(shè)項目和清華大學(xué)百門精品課程建設(shè)項目的資助。
1緒論
1.1什么是材料加工
1.2材料加工的意義和作用
1.2.1材料加工技術(shù)與人類社會文明發(fā)展的關(guān)系
1.2.2材料加工技術(shù)與國防實力的關(guān)系
1.2.3材料加工技術(shù)與人民生活水平的關(guān)系
1.3材料加工原理的課程內(nèi)容
1.3.1課程定位
1.3.2課程內(nèi)容
習(xí)題
參考文獻(xiàn)2液態(tài)金屬及其加工
2.1液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
2.1.1金屬從固態(tài)熔化為液態(tài)時的變化
2.1.2液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)
2.1.3液態(tài)金屬的性質(zhì)
2.2液態(tài)金屬結(jié)晶凝固的熱力學(xué)和動力學(xué)
2.2.1金屬液-固轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件
2.2.2均質(zhì)形核
2.2.3異質(zhì)形核
2.2.4晶體長大
2.3液態(tài)金屬的冶金處理
2.3.1影響形核的冶金處理
2.3.2影響晶粒長大的冶金處理
習(xí)題
參考文獻(xiàn)3材料加工中的流動與傳熱
3.1液態(tài)金屬的流動性和充型能力
3.1.1液態(tài)金屬的流動性與充型能力的基本概念
3.1.2液態(tài)金屬的停止流動機(jī)理
3.1.3液態(tài)金屬充型能力的計算
目錄材料加工原理3.2液態(tài)金屬凝固過程中的流動
3.2.1凝固過程中液體流動的分類
3.2.2凝固過程中液相區(qū)的液體流動
3.2.3液態(tài)金屬在枝晶間的流動
3.3材料的流變行為
3.3.1材料的簡單流變性能
3.3.2材料的復(fù)雜流變性能
3.3.3合金的流變性能
3.3.4材料的半固態(tài)加工
3.4材料加工中的熱量傳輸
3.4.1凝固傳熱
3.4.2焊接過程的傳熱特點(diǎn)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)4金屬的凝固加工
4.1概述
4.1.1凝固理論及應(yīng)用簡介
4.1.2凝固過程的類型
4.2凝固過程中的傳質(zhì)
4.2.1溶質(zhì)分配方程
4.2.2凝固傳質(zhì)過程的有關(guān)物理量
4.2.3穩(wěn)定傳質(zhì)過程的一般性質(zhì)
4.3單相合金的凝固
4.3.1平衡凝固
4.3.2近平衡凝固
4.4界面穩(wěn)定性與晶體形態(tài)
4.4.1合金凝固過程中的成分過冷
4.4.2成分過冷對單相合金結(jié)晶形態(tài)的影響
4.5多相合金的凝固
4.5.1共晶合金的凝固
4.5.2偏晶合金的凝固
4.5.3包晶合金的凝固
4.6凝固組織與控制
4.6.1普通鑄件的凝固組織與控制
4.6.2定向凝固條件下的組織與控制
4.6.3焊縫的凝固組織與控制
習(xí)題
參考文獻(xiàn)5材料加工力學(xué)基礎(chǔ)
5.1應(yīng)力狀態(tài)分析
5.1.1基本概念
5.1.2直角坐標(biāo)系中坐標(biāo)面上的應(yīng)力
5.1.3任意斜面上的應(yīng)力
5.1.4主應(yīng)力及應(yīng)力張量不變量
5.1.5主剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)力
5.1.6應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量
5.1.7八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力
5.1.8應(yīng)力莫爾（Mohr）圓
5.1.9應(yīng)力平衡微分方程
5.2應(yīng)變狀態(tài)分析
5.2.1應(yīng)變的概念
5.2.2應(yīng)變與位移的關(guān)系（小變形幾何方程）
5.2.3應(yīng)變張量分析
5.2.4應(yīng)變協(xié)調(diào)方程
5.3屈服準(zhǔn)則
5.3.1Tresca屈服準(zhǔn)則
5.3.2Mises屈服條件
5.3.3屈服準(zhǔn)則的幾何表示
5.4塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)方程）
5.4.1物體變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)
5.4.2彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
5.4.3塑性變形的增量理論
5.5主應(yīng)力法及其應(yīng)用
5.5.1主應(yīng)力法的概念
5.5.2長矩形板鐓粗時的變形力和單位流動壓力
習(xí)題
參考文獻(xiàn)6材料加工過程中的化學(xué)冶金
6.1概述
6.1.1材料加工過程中的化學(xué)冶金問題
6.1.2材料加工過程中的化學(xué)冶金特點(diǎn)
6.2氣體與液態(tài)金屬的反應(yīng)
6.2.1氣體的來源
6.2.2氮對金屬的作用
6.2.3氫對金屬的作用
6.2.4氧對金屬的作用
6.3熔渣與液態(tài)金屬的化學(xué)冶金反應(yīng)
6.3.1熔渣
6.3.2活性熔渣對金屬的氧化
6.3.3脫氧處理
6.3.4滲合金反應(yīng)
6.3.5金屬中硫和磷的作用及其控制
6.4金屬固態(tài)熱加工中的冶金反應(yīng)
6.4.1金屬表面氧化
6.4.2表面脫碳與增碳
6.5熱加工過程中的保護(hù)措施
6.5.1控制氣氛
6.5.2真空
習(xí)題
參考文獻(xiàn)7加工引起的內(nèi)應(yīng)力和冶金質(zhì)量問題
7.1內(nèi)應(yīng)力形成的原因及其影響
7.1.1內(nèi)應(yīng)力形成的原因
7.1.2內(nèi)應(yīng)力的影響
7.1.3內(nèi)應(yīng)力的防止和消除
7.2主要冶金缺陷
7.2.1偏析
7.2.2非金屬夾雜物
7.2.3縮孔與縮松
7.2.4氣孔
7.2.5氫白點(diǎn)
7.2.6熱裂紋
7.2.7冷裂紋
7.2.8應(yīng)力腐蝕裂紋
7.3加工引起的金屬脆化
7.3.1過熱脆化
7.3.2組織脆化
7.3.3雜質(zhì)引起的脆化
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
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