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出版者:机械工业

作者:英若采主编

出品人:

页数:194

译者:

出版时间:2002-1

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787111103004

丛书系列:

图书标签:

• 金属熔化焊
• 焊接技术
• 基础知识
• 焊接工艺
• 金属材料
• 焊接设备
• 工业技术
• 机械工程
• 焊接操作
• 实操指南

锻造与铸造的艺术：现代金属成型工艺详解 内容简介 本书深入探讨了金属在固态与液态下发生形变和连接的复杂物理与化学过程，重点聚焦于锻造（Forging）、铸造（Casting）以及连接技术（非熔化焊，如铆接、胶接等在某些特定情境下的应用）等核心金属成型领域。旨在为材料工程师、机械设计师、工艺师以及相关专业学生提供一本全面、深入且注重实践的参考指南。 本书摒弃了对熔点以上液态金属连接（如熔化焊）的深入论述，而是将视角集中于如何通过机械力、温度控制和模具设计，在保持或改变金属晶体结构的同时，赋予材料预期的几何形状和优异的机械性能。 全书共分为六大部分，结构严谨，内容涵盖从基础理论到先进工艺控制的各个层面。 --- 第一部分：金属塑性变形基础与晶体结构演变 本部分奠定了理解所有塑性成型工艺的理论基础。 1.1 金属的晶体结构与缺陷： 详细分析体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）晶体结构的特点及其对塑性流动的影响。重点讨论位错的产生、运动与交互作用，解释加工硬化现象的微观机制。 1.2 塑性变形的本构关系： 介绍应力、应变测量方法，探讨流变学在金属加工中的应用。阐述应变速率、温度和应变历史对金属流动应力的影响，为后续工艺参数的优化提供数学模型支持。特别分析了加工图（Processing Maps）的构建与应用，用于确定最佳的成形窗口。 1.3 恢复（Recovery）与再结晶（Recrystallization）： 深入剖析热加工过程中，残余应力的释放和新晶粒的形成过程。讨论再结晶温度的确定，以及控制晶粒尺寸对最终材料性能（如韧性和疲劳寿命）的关键作用。 --- 第二部分：锻压工艺：力与形的完美结合 本部分聚焦于利用高压冲击或缓慢挤压使金属在固态下变形以获得所需形状和性能的工艺。 2.1 锻造基础原理与设备： 介绍开式模锻、闭式模锻的基本区别和适用范围。详述冲击式锻锤、液压机、螺旋压力机的工作原理及能耗分析。讨论模具材料的选择和寿命评估。 2.2 镦粗、拔长与辗（Rolling）工艺： 详细分析镦粗和拔长过程中的材料流动规律、应力状态和尺寸精度控制。在轧制部分，本书重点阐述平辊轧制、导卫轧制，以及对带材和型材的轧制过程中的厚度、宽度控制和表面质量要求。 2.3 模锻工艺与缺陷控制： 深入研究模具设计中的分型面选择、拔模斜度计算。重点分析锻造过程中可能出现的缺陷，如折叠（Folding）、欠料（Underfilling）、以及中心轴向残留应力。提供利用有限元分析（FEA）进行模锻过程模拟的案例分析。 --- 第三部分：铸造工艺：液态金属的精确固化控制 本部分全面解析通过将金属熔化后浇注入模具，冷却凝固形成零件的工艺流程。 3.1 铸造合金的凝固理论： 阐述凝固过程中，枝晶生长、界面移动和溶质偏析的机理。重点讨论定向凝固和定向凝固在制备高性能叶片等关键零部件中的应用。 3.2 砂型铸造与金属型铸造： 砂型铸造： 详细介绍型砂的性能要求（强度、透气性、溃散性），粘结剂的种类及其对铸件表面质量的影响。分析垂直分型和水平分型的设计要点。 金属型铸造： 深入探讨重力铸造、低压铸造和高压压铸的工艺参数控制。对比不同金属型对凝固速度和晶粒细化的影响。 3.3 特种铸造技术： 系统介绍熔模铸造（失蜡法）的精密成型能力，特别是对复杂内腔结构的实现。探讨离心铸造在制造管状件中的应用，以及真空/压力辅助铸造对排除气体夹杂物的优势。 3.4 铸造缺陷的成因与预防： 全面分类并解析铸造过程中常见的缺陷，如气孔（Porosity）、缩松（Shrinkage）、冷隔（Cold Shut）和夹渣（Inclusion）。提供系统的冒口、冷铁设计指南，以有效控制缩孔缩松的产生。 --- 第四部分：模具设计与制造中的力学考量 本部分聚焦于成型工艺中至关重要的载体——模具的设计原则，侧重于其受力分析和寿命周期管理。 4.1 模具的强度与刚度分析： 针对锻模、压铸模等，应用接触力学原理分析工作区域的接触应力分布。讨论如何通过增加模具材料厚度、优化支撑结构来抵抗巨大的成型载荷，确保模具在数万次循环中的疲劳寿命。 4.2 模具的冷却与热应力管理： 探讨在热加工和压铸过程中，模具内部的热梯度对表面疲劳（热龟裂）的影响。介绍高效的模具水路设计和温度监测系统，以维持模具表面温度的均匀性。 4.3 模具表面处理与润滑： 介绍用于提高模具耐磨性和脱模性能的表面改性技术，如PVD/CVD涂层技术。详细分析不同成型工艺下（干式锻造、湿式压铸）的润滑剂选择标准及其在减少摩擦系数中的作用。 --- 第五部分：连接技术——机械连接与固态粘合 本部分探讨不依赖于材料熔化状态的连接方法，这些方法在要求特定微观结构或连接异种材料时具有不可替代的优势。 5.1 铆接与扣件技术： 分析冷铆接和热铆接的机理，重点关注铆钉头部成型时的材料流动和残余应力状态。讨论螺纹连接的预紧力计算和疲劳可靠性评估。 5.2 胶接技术在结构件中的应用： 介绍结构胶粘剂的分类（环氧树脂、聚氨酯等）及其对被粘物表面的处理要求。分析胶接接头的受力模式（剪切、拉伸、剥离）以及环境因素对长期强度的影响。 5.3 固态连接（如搅拌摩擦焊的原理类比）： 虽然本书不涉及熔化焊，但会简要提及固态连接技术中对塑性形变的精确控制，以此类比，强调通过高塑性形变驱动的连接过程，而非热能输入驱动的连接过程在某些材料体系中的重要性。 --- 第六部分：过程控制、质量检测与数字化制造 本部分展望现代金属成型工业的前沿技术与质量保证体系。 6.1 成型过程的实时监控： 介绍传感器技术在成型过程中的应用，包括压力传感器、振动分析仪和非接触式温度测量技术。讨论如何利用这些数据构建实时反馈控制系统，以补偿材料或模具的微小变化。 6.2 无损检测（NDT）与质量评估： 详细阐述用于检测锻件和铸件内部缺陷的无损检测方法，包括超声波探伤（UT）、射线检测（RT）和涡流检测（ET）。重点分析不同缺陷类型（如裂纹、疏松）在这些方法下的信号特征。 6.3 增材制造与传统成型的融合趋势： 探讨增材制造（3D打印）如何用于快速制作高复杂度的铸造模具或锻造模具的导流/冷却系统，从而优化传统成型工艺的效率和性能。讨论如何将传统成型（如锻造）的优化结果反馈到初始设计阶段，实现数字化闭环。 --- 本书特色： 理论与实践并重： 内容基于材料科学的严谨基础，但始终围绕工业生产中的实际问题展开。 缺陷导向分析： 每一工艺章节后都附有详尽的缺陷分析与解决策略。 参数化指导： 提供大量工程计算公式和典型工艺参数范围，便于快速应用于实际工程设计。

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拿到这本书的时候，我本来是抱着学习新技能的期望的，毕竟我们工厂最近升级了设备，需要对现有的焊工进行更高层次的培训。我最感兴趣的是关于特殊合金焊接的部分，特别是那些耐高温、抗腐蚀材料的连接技术。这本书里确实提到了这些材料的熔点和相变特性，但讲得非常笼统。比如，对于镍基高温合金的晶间腐蚀预防，书中只是一笔带过，没有深入探讨具体的预热温度曲线、冷却速率控制对析出相的影响，以及如何通过改变焊丝成分来抑制脆性相的形成。我尝试着在“惰性气体保护”那一章寻找一些关于新型混合保护气体配比的优化思路，结果发现大部分内容还是围绕着氩气和二氧化碳这两种最常见的保护气展开，对于更精细化的氩/氦/氢混合气体在精密焊接中的应用介绍得不够充分。说实话，这本书的语言风格偏学术化，术语解释虽然详细，但总感觉少了一点“人情味”，读起来有些枯燥。如果能在章节末尾增加一些“专家提示”或者“常见误区解析”这样的版块，我想会更有助于我们这些一线技术人员快速吸收知识并应用到工作中去。

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我购买这本书的主要目的是想深入了解一下现代焊工的技能培训体系和标准认证流程。我仔细阅读了其中关于“焊接工艺评定报告（WPS）”编制的章节，发现它基本上是按照旧有的国家标准模板进行阐述的，对国际上越来越主流的API 1104或AWS D1.1等标准在工艺参数设置上的差异化处理，体现得不够明显。特别是在高强度钢和铝合金的焊接认证方面，书中给出的参数范围显得过于保守，没有充分体现出先进焊接方法如激光复合焊或搅拌摩擦焊在拓宽工艺窗口方面的潜力。更让我感到遗憾的是，这本书几乎没有涉及职业健康与安全（OHS）方面的内容，比如焊接烟尘的成分分析、长期暴露对呼吸系统的影响，以及如何正确使用高性能的呼吸防护设备。对于一本面向“基础”的教材来说，安全教育是不可或缺的一环，缺失了这部分内容，总觉得这本书的教育体系不够完整和负责任。

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从结构力学的角度来看，这本书对焊缝的力学性能分析非常详尽，尤其是在疲劳载荷下的蠕变和断裂韧性计算方面，提供了许多经典的数学模型和计算公式。我花了不少时间研究了应力集中系数的确定方法，对于理解焊缝几何形状如何影响结构寿命很有帮助。然而，当我试图将这些复杂的力学计算应用到实际的结构设计中去时，发现书中提供的设计规范和限值参考有些陈旧。比如，对于海洋工程中常见的耐候钢，最新的规范对焊缝的允许应力水平和检验间隔有着更严格的要求，以应对更复杂的海洋环境腐蚀和载荷波动。这本书在材料科学与工程应用之间的衔接上处理得略显生硬，理论推导很扎实，但缺少如何将这些结果转化为可行的工程决策的桥梁。如果能加入一些工程案例研究，展示如何使用有限元分析（FEA）软件来验证这些理论计算，并优化结构设计，那么这本书的价值将大大提升，成为一本理论与实践紧密结合的优秀参考书。

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这本书的排版和印刷质量确实是没得说的，纸张厚实，图表清晰，这一点值得肯定。我当时是想找一本能系统梳理整个焊接热循环过程的书，从热源输入到焊后冷却的各个阶段的微观组织演变。这本书的“热影响区”部分确实有详细的相图分析，这一点我比较满意，它帮助我更好地理解了不同加热和冷却速率下，钢材的珠光体、贝氏体和马氏体的形成规律。但是，当我尝试将这些理论知识与实际操作中的缺陷分析联系起来时，就遇到了困难。例如，书中虽然提到了“未焊透”和“咬边”这些缺陷，但对于如何通过调整焊接电流、电弧长度或送丝速度来**预防**这些缺陷的实用技巧，描述得过于笼统。我期待的是那种“当出现XX现象时，应首先检查YY参数”的实操指南。另外，书中对焊接过程中的声发射监测技术和无损检测方法的介绍也比较保守，更偏向于传统的目视检查和射线探伤，对于新兴的超声波相控阵技术几乎没有涉及，这使得这本书在技术时效性上略显滞后。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，那种深沉的蓝色调，配上一些抽象的几何图形，让人感觉挺有技术含量的。我原本是想找一本关于现代焊接工艺，特别是数字化控制和机器人应用的参考书。我翻开目录，看到“电弧特性分析”、“焊缝成形机理”这些章节标题，心里还是挺期待的。然而，读了几页之后，我发现内容似乎更侧重于基础理论的推导，对于实际操作中的常见问题，比如不同材料组合下的热输入控制、或者新型填充材料的选择，涉及得比较浅。比如在讲到熔池的流动控制时，大部分篇幅都在阐述流体力学的基本方程，对于如何利用磁场或气体保护来优化熔池形态的实例分析非常少。对我这种已经有一定实践经验的人来说，这些基础公式推导虽然严谨，但实用性上稍显不足。我更希望看到一些结合实际生产环境的案例，比如在大型结构件制造中如何应对不同厚度板材的焊接变形问题，或者在超低温环境下如何保证焊缝的韧性。这本书更像是一本为初级工程师准备的理论教材，对于追求前沿技术的读者来说，可能需要搭配其他更具应用导向的资料一起阅读。整体来看，它的理论深度是有的，但应用广度和深度还有待加强，希望能看到更多贴近工业现场的细节描述。

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