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目录1

1 金属材料的性能1

1.1 金属材料的力学性能1

1.1.1 强度1

1 1.2 塑性2

1.1.3 硬度3

1.1.4 冲击韧性4

1.1.5 刚度4

1.2 金属材料的物理性能和化学性能5

1.2.1 金属材料的物理性能5

1.3.1 焊接性能6

1.3 金属材料的工艺性能6

1.2.2 金属材料的化学性能6

1.3.2 淬透性7

1.3.3 加工性7

1.3.4 铸造性能8

复习思考题8

2 金属的晶体结构和结晶9

2.1 金属的晶体结构9

2.1.1 晶体结构的基本知识9

2.1.2 常见金属的晶体结构10

2.1.3 晶面指数和晶向指数11

2.2.2 单晶体和多晶体12

2.2 纯金属的内部结构12

2.2.1 纯金属的显微组织12

2.3 金属的结晶13

2.3.1 金属结晶的基本规律13

2.3.2 结晶的一般过程及其实质13

2.3.3 晶核的形成与长大方式14

2.4 金属的铸态组织15

2.4.1 金属铸态晶粒大小及其控制15

2.4.2 铸锭的组织15

2.5.2 合金的固态相17

2.5.1 合金概念17

2.5 合金的固态相与合金组织17

2.4.3 铸锭组织的缺陷17

2.5.3 合金的组织18

2.6 合金状态图和合金的结晶18

2.6.1 合金状态图18

2.6.2 合金的结晶19

2.7 典型二元合金相图20

2.7.1 匀晶相图20

2.7.2 共晶相图22

2.7.3 包晶相图26

2.7.4 具有稳定化合物的二元相图26

2.8.1 力学性能与相图的关系27

2.8.2 合金铸造性能与相图的关系27

2.8 相图与合金性能的关系27

复习思考题28

3 铁碳合金29

3.1 金属的同素异构转变29

3.2 铁碳合金状态图30

3.2.1 铁碳合金的基本相30

3.2.2 铁碳合金状态图的分析31

3.2.3 铁碳合金的分类33

3.3 典型铁碳合金的结晶过程33

3.3.1 共析钢34

3.3.2 亚共析钢34

3.3.3 过共析钢35

3.3.4 共晶白口铸铁36

3.3.5 亚共晶白口铸铁37

3.3.6 过共晶白口铸铁37

3.4 碳对铁碳合金组织及其性能的影响38

3.4.1 碳对铁碳合金组织影响38

3.4.2 碳对铁碳合金性能的影响39

3.4.3 铁碳合金状态图的应用39

3.5 碳素钢40

3.5.1 常存杂质对钢性能的影响40

3.5.2 碳素钢的分类41

3.5.3 碳素钢的牌号、性能及用途42

复习思考题47

4.1.2 单晶体的塑性变形49

4.1.1 金属的变形与断裂49

4 金属的塑性变形与再结晶49

4.1 金属的塑性变形49

4.1.3 多晶体的塑性变形50

4.1.4 合金的塑性变形51

4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响52

4.2.1 金属组织的变化52

4.2.2 金属性能的变化54

4.2.3 冷塑性变形产生残余应力55

4.3 回复与再结晶57

4.3.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化57

4.3.2 再结晶温度58

4.3.3 再结晶晶粒的大小59

4.4 热加工变形对组织与性能的影响61

4.4.1 热加工的变形特点61

4.4.2 金属组织性能的变化62

复习思考题63

5 钢的热处理64

5.1 钢的热处理原理64

5.1.1 钢在加热时的组织转变64

5.1.2 钢在冷却时的组织转变67

5.2 钢的退火与正火75

5.2.1 钢的退火目的75

5.2.2 退火工艺75

5.2.3 钢的正火79

5.3 钢的淬火与回火80

5.3.1 淬火的目的80

5.3.2 钢的淬透性和淬硬性80

5.3.3 淬火工艺81

5.3.4 淬火缺陷及其防止措施86

5.4 钢的回火90

5.4.1 回火的目的90

5.4.2 淬火钢在回火时的组织转变90

5.4.3 回火时力学性能的变化91

5.5 钢的表面热处理92

5.4.4 回火种类及应用92

5.5.1 表面淬火93

5.5.2 钢的化学热处理94

5.6 控制轧制和控制冷却技术94

5.6.1 概述94

5.6.2 控制轧制的种类95

5.6.3 轧制工艺参数的控制96

复习思考题100

6 合金钢101

6.1 合金钢的分类及编号101

6.1.1 合金钢的分类101

6.1.2 合金钢的编号101

6.2.1 合金元素对钢中基本相的影响102

6.2 合金元素在钢中的作用102

6.2.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响103

6.2.3 合金元素对钢热处理的影响104

6.3 合金结构钢106

6.3.1 普通低合金结构钢106

6.3.2 合金渗碳钢106

6.3.3 合金调质钢107

6.3.4 合金弹簧钢107

6.3.5 滚动轴承钢108

6.4 合金工具钢108

6.4.1 刃具钢108

6.4.3 模具钢110

6.4.2 量具钢110

6.5 特殊性能钢111

6.5.1 不锈耐酸钢111

6.5.2 耐热钢112

6.5.3 耐磨钢112

6.5.4 电工硅钢112

复习思考题113

7 应力状态和塑性变形简介114

7.1 塑性加工时所受的力114

7.1.1 作用力114

7.1.2 约束反力115

7.2 原子间的作用力和能115

7.3.2 应力117

7.3.1 内力117

7.3 内力、应力、应力集中117

7.3.3 应力集中118

7.4 应力状态及应力图示、变形图示118

7.4.1 一般概念118

7.4.2 应力图示119

7.4.3 变形图示123

复习思考题126

8 塑性变形的基本定律127

8.1 体积不变定律及其应用127

8.1.1 体积不变定律127

8.1.2 体积不变定律的应用127

8.2 最小阻力定律及其应用128

8.2.1 矩形六面体的镦粗129

8.2.2 轧制生产中的情况129

8.3 弹塑性共存定律及其实际意义130

8.3.1 弹塑性共存定律130

8.3.2 弹塑性共存定律在压力加工中的实际意义131

8.4 极限状态理论132

8.4.1 极限状态理论与塑性方程式132

8.4.2 主应力差理论（Tresca屈服条件）133

8.4.3 能量理论（Mises屈服条件）134

8.4.4 例题135

复习思考题136

9.1.1 外摩擦的作用137

9 金属塑性加工中的摩擦与润滑137

9.1 外摩擦的作用与特征137

9.1.2 外摩擦的特征138

9.2 摩擦理论139

9.2.1 塑性变形时的摩擦分类139

9.2.2 干摩擦理论140

9.3 影响外摩擦的因素141

9.3.1 工具表面状态的影响141

9.3.2 变形金属表面状态的影响141

9.3.3 变形金属和工具化学成分的影响142

9.3.4 变形温度的影响142

9.3.6 冷却水的影响143

9.3.5 变形速度的影响143

9.4 热轧时的工艺润滑144

9.4.1 轧制工艺润滑的目的144

9.4.2 对工艺润滑剂的要求144

9.4.3 工艺润滑剂的基本类型145

9.4.4 热轧工艺润滑剂的应用145

9.5 轧制时的摩擦系数147

9.5.1 热轧时摩擦系数的计算147

9.5.2 冷轧时摩擦系数的计算148

复习思考题148

10.1.2 金属塑性的测定方法150

10.1.1 金属塑性的基本概念150

10.1 金属塑性的概念及测定方法150

10 金属的塑性与变形抗力150

10.1.3 塑性图153

10.2 影响塑性的因素及提高塑性的途径154

10.2.1 金属的自然性质154

10.2.2 变形温度对塑性的影响155

10.2.3 变形速度对塑性的影响156

10.2.4 变形力学条件对塑性的影响157

10.2.5 其他因素对塑性的影响159

10.3 变形抗力160

10.3.1 变形抗力的概念160

10.2.6 提高塑性的途径160

10.3.2 测定方法161

10.3.3 变形抗力的确定162

10.4 影响变形抗力的因素164

10.4.1 化学成分与组织结构的影响164

10.4.2 变形温度的影响165

10.4.3 变形速度的影响166

10.4.4 变形程度的影响166

10.4.5 应力状态的影响167

10.4.6 其他因素的影响167

10.5.2 选择最有利的变形方式168

10.5.3 采用良好的润滑168

10.5 降低变形抗力常用的工艺措施168

10.5.1 合理选择变形温度和变形速度168

10.5.4 减小工、模具与变形金属的接触面积169

复习思考题169

11 金属塑性变形时应力和变形的不均匀性170

11.1 一般概念170

11.1.1 均匀变形和不均匀变形170

11.1.2 基本应力、附加应力、工作应力和残余应力170

11.2 变形及应力不均匀分布的原因171

11.2.1 接触面的外摩擦影响171

11.2.2 变形区的几何因素（H/d）影响171

11.2.3 工具和变形体的轮廓形状影响172

11.2.5 金属本身性质的不均匀影响173

11.2.4 变形体温度分布不均匀影响173

11.2.6 变形物体的外端影响174

11.2.7 变形物体内残余应力的影响174

11.3 变形及应力不均匀分布的后果及克服措施175

11.3.1 变形及应力不均匀分布的后果175

11.3.2 减轻应力及变形不均匀分布的措施176

11.3.3 不均匀变形的利用177

11.4 残余应力178

11.4.1 残余应力引起的后果178

11.4.2 减轻或消除残余应力的措施179

复习思考题180

12.1.2 非简单轧制181

12.1.1 简单轧制181

12.1 简单轧制与非简单轧制181

12 轧制的基本问题181

12.2 变形区主要参数182

12.2.1 变形区的概念182

12.2.2 变形区主要参数的确定182

12.3 轧制过程的三阶段184

12.3.1 咬入阶段184

12.3.2 稳定轧制阶段184

12.4.2 相对变形量185

12.4.1 绝对变形量185

12.4 轧制变形的表示方法185

12.3.3 甩出阶段185

12.4.3 变形系数186

12.4.4 总延伸系数、部分延伸系数与平均延伸系数187

12.5 平均工作直径与平均压下量188

12.5.1 平均工作直径188

12.5.2 平均压下量189

12.6 变形速度、轧制速度及其计算189

12.6.1 变形速度及其计算189

12.6.2 轧制速度及其计算192

复习思考题192

13.1.1 摩擦力、摩擦系数与摩擦角193

13.1.2 咬着时的作用力分析193

13.1 咬入条件193

13 实现轧制过程的条件193

13.1.3 轧辊咬入轧件的条件194

13.1.4 孔型对咬入的影响195

13.2 剩余摩擦力的产生及稳定轧制的条件197

13.2.1 剩余摩擦力的产生197

13.2.2 建立稳定轧制状态后的轧制条件198

13.3 最大压下量的计算方法199

13.3.1 按最大咬入角计算最大压下量199

13.3.2 按摩擦系数计算最大压下量199

13.3.3 型材轧制时的压下量200

13.4.2 影响咬入的因素201

13.4.1 轧辊直径D、压下量Ah和咬入角α三者之间的关系201

13.4 影响咬入的因素及改善咬入的措施201

13.4.3 改善咬入的措施202

13.5 典型轧制情况203

13.5.1 第一种轧制情况203

13.5.2 第三种轧制情况204

13.5.3 第二种轧制情况206

13.6 轧制变形区的应力状态207

13.6.1 工具形状和尺寸的影响207

13.6.2 外摩擦的影响210

13.6.3 变形方式的影响211

13.6.4 相对接触面积的影响211

复习思考题212

14.1.3 宽展的种类213

14.1.2 研究宽展的意义213

14 轧制时金属的横变形——宽展213

14.1 宽展的种类和组成213

14.1.1 宽展的概念213

14.1.4 宽展的组成215

14.2 影响宽展的因素217

14.2.1 压下量△h的影响217

14.2.2 轧辊直径的影响217

14.2.3 轧件宽度的影响219

14.2.4 摩擦系数的影响220

14.2.5 轧制道次的影响221

14.2.6 张力对宽展的影响221

14.3.1 孔型中轧制时沿轧件宽度的压下量不均匀222

14.2.7 工具形状对宽展的影响222

14.3 孔型中轧制时横变形的特点222

14.3.2 轧件与轧辊接触的非同时性223

14.3.3 孔型侧壁的侧向力作用223

14.3.4 孔型中轧制时的速度差现象224

14.4 宽展计算公式225

复习思考题227

15 轧制过程中的纵变形——前滑与后滑229

15.1 轧制时的前滑和后滑229

15.1.1 前滑的产生及表示方法229

15.2 前滑的计算公式230

15.1.2 研究前滑的意义230

15.3 中性角的确定231

15.4 前滑、后滑与纵横变形的关系233

15.5 前滑的影响因素235

15.5.1 轧辊直径的影响236

15.5.2 摩擦系数的影响236

15.5.3 相对压下量的影响237

15.5.4 轧件厚度的影响237

15.5.5 轧件宽度的影响238

15.5.6 张力对前滑的影响238

复习思考题239

16.1 轧制压力的概念241

16 金属对轧辊的压力241

16.2 接触面积的确定242

16.2.1 在平辊上轧制矩形断面轧件时的接触面积242

16.2.2 在孔型中轧制时接触面积的确定243

16.3 计算平均单位压力244

16.3.1 采利柯夫公式244

16.3.2 斯通公式247

16.3.3 西姆斯公式250

16.3.4 艾克隆德公式251

16.3.5 计算平均单位压力的其他公式252

16.4.2 轧件温度的影响253

16.4.1 轧件材质的影响253

16.3.6 按实验法确定轧制力253

16.4 影响轧制压力的因素253

16.4.3 变形速度的影响254

16.4.4 外摩擦的影响254

16.4.5 轧辊直径的影响255

16.4.6 轧件宽度的影响255

16.4.7 压下率的影响255

16.4.8 前后张力的影响256

复习思考题256

17.1.1 简单轧制过程258

17.1.2 单辊驱动的轧制过程258

17.1 辊系受力分析与轧制力矩258

17 轧制力矩258

17.1.3 具有张力作用时的轧制过程259

17.1.4 四辊轧机轧制过程260

17.2 轧制时传递到主电机上的各种力矩261

17.2.1 轧制时的功能消耗261

17.2.2 轧制时的各种力矩261

17.2.3 静力矩与轧制效率261

17.3 各种力矩的计算262

17.3.1 轧制力矩的计算262

17.3.2 附加摩擦力矩的计算265

17.3.4 动力矩的计算267

17.3.3 空转力矩的计算267

17.4 主电机容量校核268

17.4.1 轧制图表与静力矩图268

17.4.2 可逆式轧机的负荷图269

17.4.3 主电机容量的核算270

复习思考题272

18 轧制时的弹塑性曲线273

18.1 轧制时的弹性曲线273

18.2 轧件的塑性曲线275

18.3 轧制时的弹塑性曲线276

18.4 轧制弹塑性曲线的实际意义279

复习思考题280

19.1.1 连轧的变形条件281

19.1.2 连轧的运动学条件281

19 连轧的基本理论281

19.1 连轧的特殊规律281

19.1.3 连轧的力学条件282

19.2 连轧张力282

19.2.1 连轧张力微分方程282

19.2.2 张力公式283

19.3 堆拉系数和堆拉率284

19.3.1 前滑系数284

19.3.2 堆拉系数和堆拉率计算285

复习思考题286

参考文献287