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第一篇 材料成形与加工技术篇3

1 先进的材料成形技术3

1.1 引言3

1.1.1 概述3

1.1.2 材料成形工艺类型与特点3

1.1.3 发展历史和现状3

1.1.4 材料成形技术的发展趋势4

1.1.5 主要内容4

1.2 快速凝固非平衡材料制备技术5

1.2.1 概述5

1.2.2 金属材料快速凝固技术的原理5

1.2.3 快速凝固工艺8

1.2.4 典型的快速凝固材料13

1.2.5 快速凝固技术的应用13

1.3 电磁铸造14

1.3.1 概述14

1.3.2 电磁铸造原理和特点15

1.3.3 电磁铸造基本理论16

1.3.4 电磁铸造工艺18

1.3.5 铸件的组织和性能19

1.3.6 电磁铸造装置20

1.4 金属半固态加工技术21

1.4.1 概述21

1.4.2 半固态金属组织形成机理与影响因素23

1.4.3 半固态金属的制备方法24

1.4.4 半固态金属触变成形27

1.4.5 半固态金属流变成形31

1.5 等通道转角挤压36

1.5.1 概述36

1.5.2 等通道转角挤压的工艺特点和原理36

1.5.3 等通道转角挤压的工艺过程38

1.5.4 等通道转角挤压材料的显微组织特征及其力学性能40

1.5.5 等通道转角挤压材料与应用42

1.6 超塑性成形43

1.6.1 概述44

1.6.2 超塑性变形理论45

1.6.3 超塑性材料47

1.6.4 超塑性成形工艺50

1.6.5 超塑性成形的应用51

参考文献53

2 粉末冶金技术60

2.1 引言60

2.2 金属雾化制粉技术60

2.2.1 概述60

2.2.2 雾化金属粉末的主要特征61

2.2.3 水雾化法63

2.2.4 气体雾化法67

2.2.5 离心雾化法74

2.2.6 其他新型雾化方法77

2.2.7 雾化制粉的发展趋势80

2.3 粉末冶金成形新技术82

2.3.1 温压技术82

2.3.2 流动温压技术86

2.3.3 注射成形技术90

2.3.4 模壁润滑技术93

2.3.5 动磁压制技术95

2.3.6 高速压制技术98

参考文献103

3 激光材料加工技术107

3.1 引言107

3.2 激光切割108

3.2.1 激光切割的原理及特点108

3.2.2 激光切割设备109

3.2.3 激光切割工艺109

3.2.4 激光切割的应用113

3.3 激光焊接113

3.3.1 激光焊接的原理及特点113

3.3.2 激光焊接设备114

3.3.3 激光焊接工艺115

3.3.4 激光焊接的应用117

3.4 激光表面改性技术及应用119

3.4.1 国内外激光表面改性技术发展概况119

3.4.2 几种主要的激光表面改性技术简介120

3.4.3 其他激光表面改性技术127

3.5 激光快速成形132

3.5.1 概述132

3.5.2 立体光刻快速成形134

3.5.3 选区激光烧结快速成形技术143

3.5.4 送粉激光熔覆快速成形技术148

3.5.5 选区激光熔化快速成形技术151

参考文献159

第二篇 结构材料篇165

4 新一代高性能结构钢165

4.1 引言165

4.1.1 概述165

4.1.2 钢铁材料的发展165

4.1.3 本章的主要内容166

4.2 高性能钢的物理冶金基础167

4.2.1 晶粒细化167

4.2.2 贝氏体组织控制与细化173

4.2.3 微合金化原理179

4.3 高性能钢的工艺技术与性能183

4.3.1 低碳贝氏体钢183

4.3.2 高性能管线钢190

4.3.3 先进高强度汽车用钢板197

4.3.4 现代铁素体不锈钢203

参考文献208

5 新型钛合金213

5.1 引言213

5.1.1 钛合金的发展历史和现状213

5.1.2 钛的基本性质213

5.1.3 钛合金中的其他元素215

5.1.4 钛合金的分类217

5.2 钛合金的相变与合金组织218

5.2.1 钛合金的相变218

5.2.2 钛合金组织对合金性能的影响223

5.3 钛合金的熔炼、铸造及其后处理225

5.3.1 钛合金的真空熔炼理论225

5.3.2 钛合金的真空熔炼技术226

5.3.3 钛合金的铸造成形228

5.3.4 钛合金铸件的后处理230

5.3.5 塑性成形技术230

5.4 阻燃钛合金233

5.4.1 阻燃钛合金的基础理论233

5.4.2 Ti-V-Cr系阻燃钛合金234

5.4.3 Ti-Al-Cu系阻燃钛合金239

5.4.4 Ti-45Nb合金241

5.5 高温钛合金241

5.5.1 高温钛合金的基础理论241

5.5.2 TC4合金243

5.5.3 TC11合金244

5.5.4 IMI829合金245

5.5.5 Ti55合金246

5.5.6 Ti633G合金、Ti53311S合金和Ti60合金247

5.5.7 Ti600合金248

5.5.8 7715D合金249

5.5.9 Ti1100合金和IMI834合金251

5.5.10 BT36合金252

5.5.11 BT25合金253

5.5.12 BT25Y合金256

5.5.13 Ti18合金257

5.6 耐蚀钛合金260

5.6.1 耐蚀钛合金的基础理论260

5.6.2 Ti31合金263

5.6.3 Ti-2Al-2.5 Zr合金和Ti631合金264

5.6.4 β-CTM合金265

5.6.5 TB19合金268

5.6.6 CII15合金268

5.6.7 Ti500合金271

5.6.8 Ti12合金273

5.6.9 新型耐蚀钛合金273

5.7 医用钛合金278

5.7.1 医用钛合金的基础理论278

5.7.2 TMZF合金280

5.7.3 Ti-5Al-2.5 Fe合金281

5.7.4 Ti-6Al-7Nb合金282

5.7.5 Ti-15Zr-4Nb-4Ta合金和Ti-29Nb-13Ta-4.6 Zr合金284

5.7.6 Ti-Nb-X合金和Ti-15Mo-5Zr-3Al合金285

5.7.7 Ti75合金287

5.7.8 TLM合金288

5.7.9 TLE合金290

5.7.10 TZNT合金291

5.7.11 TAMZ合金、Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金292

5.8 强韧钛合金293

5.8.1 Ti-15-3合金293

5.8.2 β3-21S合金298

5.8.3 TB2合金300

5.8.4 Ti-44528S合金301

5.8.5 Ti-10-2-3合金303

5.8.6 Ti-5523合金304

5.8.7 Ti-6-22-22S合金307

5.8.8 BT22合金308

5.8.9 TC21合金310

5.8.10 SP-700合金313

5.9 钛合金的应用313

5.9.1 钛合金在航空航天及军事上的应用313

5.9.2 钛合金在化工、汽车及能源等工业上的应用314

5.9.3 钛合金在日常生活领域中的应用315

参考文献316

附录 钛合金的生产厂家321

6 高性能镁合金322

6.1 引言322

6.1.1 镁合金的发展历史与现状322

6.1.2 镁合金的物理性能和加工性能323

6.1.3 镁的合金化及组织设计325

6.1.4 镁合金系列330

6.1.5 镁合金的研究与发展方向332

6.2 阻燃镁合金333

6.2.1 镁的合金化阻燃机理333

6.2.2 阻燃镁合金的主要合金系337

6.3 耐热镁合金339

6.3.1 提高镁合金耐热性能的机理339

6.3.2 合金元素对镁合金耐热性能的影响340

6.3.3 耐热镁合金的主要合金系342

6.4 高强镁合金349

6.4.1 镁合金的强化机理349

6.4.2 高强镁合金的主要合金系349

6.4.3 高强镁合金的制备工艺351

6.5 变形镁合金351

6.5.1 镁合金的塑性变形机理352

6.5.2 变形镁合金的主要合金系352

6.5.3 变形镁合金的加工性能354

6.5.4 镁合金的塑性加工技术355

6.6 快速凝固镁合金361

6.6.1 快速凝固镁合金的强化机制361

6.6.2 快速凝固镁合金的组织及性能特征362

6.6.3 镁合金的快速凝固工艺及快速凝固镁合金产品364

6.7 镁合金的熔炼与铸造368

6.7.1 镁熔体与周围介质的作用368

6.7.2 镁合金的熔炼369

6.7.3 镁合金的铸造成形工艺372

6.7.4 镁合金压铸设备376

6.8 镁合金的应用376

6.8.1 镁合金在汽车上的应用376

6.8.2 镁合金在电子工业中的应用377

6.8.3 镁合金在国防军事工业的应用378

6.8.4 镁合金在其他行业的应用379

6.8.5 我国的镁合金发展战略379

参考文献379

7 高性能铝合金386

7.1 引言386

7.1.1 铝合金的发展历史与现状386

7.1.2 铝合金的分类及其特点387

7.1.3 铝合金的合金化与合金相390

7.1.4 铝合金的强化及其应用395

7.1.5 铝合金的研究与发展方向397

7.2 超高强度铝合金399

7.2.1 超高强度铝合金研究概况399

7.2.2 超高强度铝合金的强化机理402

7.2.3 超高强度铝合金热处理新技术405

7.2.4 主要的超高强度铝合金407

7.3 耐损伤铝合金413

7.3.1 耐损伤铝合金研究概况413

7.3.2 耐损伤铝合金的合金化机理与微观结构特征414

7.3.3 微观结构对航空铝合金疲劳损伤行为的影响419

7.3.4 主要的耐损伤铝合金420

7.4 耐热铝合金426

7.4.1 耐热铝合金研究概况426

7.4.2 耐热铝合金的合金化428

7.4.3 耐热铝合金的耐热机理429

7.4.4 主要的耐热铝合金430

7.5 铝锂合金437

7.5.1 铝锂合金研究概况437

7.5.2 铝锂合金的合金化与微合金化机理439

7.5.3 改善铝锂合金性能的主要途径441

7.5.4 主要的铝锂合金443

7.6 铝钪合金450

7.6.1 铝钪合金研究概况450

7.6.2 钪与铝合金中合金元素的相互作用451

7.6.3 钪对铝合金组织与性能的影响453

7.6.4 主要的铝钪合金454

7.7 高性能铝合金制备新技术470

7.7.1 喷射成形技术470

7.7.2 机械合金化技术473

7.7.3 挤压铸造技术474

7.8 铝合金的主要应用475

7.8.1 在航空航天领域中的应用475

7.8.2 在交通运输领域中的应用476

7.8.3 在建筑与桥梁结构上的应用476

7.8.4 在机械制造工业中的应用476

7.8.5 在电力电子和电器工业中的应用477

7.8.6 在包装和容器工业中的应用477

参考文献478

8 耐磨钢铁材料484

8.1 引言484

8.1.1 概述484

8.1.2 耐磨钢铁材料基本原理484

8.1.3 耐磨白口铸铁的基本特点486

8.2 耐磨钢铁材料制备技术488

8.2.1 铸造488

8.2.2 热处理489

8.2.3 耐磨白口铸铁焊接与机加工497

8.3 耐磨钢铁材料分类497

8.3.1 耐磨白口铸铁分类497

8.3.2 耐磨球墨铸铁分类514

8.3.3 耐磨铸钢分类516

8.4 耐磨钢铁材料应用和我国耐磨钢铁件企业520

8.4.1 耐磨白口铸铁的应用520

8.4.2 耐磨球墨铸铁的应用521

8.4.3 耐磨铸钢的应用521

8.4.4 我国部分耐磨钢铁材料生产企业522

参考文献523

9 耐磨锌合金525

9.1 引言525

9.1.1 概述525

9.1.2 发展历史和现状525

9.1.3 本章的主要内容526

9.2 锌合金基本知识526

9.2.1 锌的结构及其物理与化学性质526

9.2.2 锌合金中常用元素的基本性能及其对合金性能的影响528

9.2.3 锌铝合金的类型及特性530

9.3 主要的耐磨锌合金533

9.3.1 ZA27合金533

9.3.2 ZA11合金536

9.3.3 ZA43合金537

9.4 耐磨锌合金的主要特性537

9.4.1 力学性能537

9.4.2 摩擦磨损特性542

9.4.3 工艺性能543

9.5 耐磨锌合金的应用547

9.5.1 衬瓦547

9.5.2 托轮瓦548

9.5.3 轴套549

9.5.4 螺母551

参考文献552

10 金属基复合材料553

10.1 引言553

10.1.1 概述553

10.1.2 发展历史和现状553

10.2 金属基复合材料基础知识557

10.2.1 金属基复合材料的分类及其特点557

10.2.2 复合材料设计原则560

10.2.3 增强体及其预处理570

10.2.4 金属基复合材料的界面579

10.2.5 强韧化机制与失效准则587

10.3 制备方法及加工技术595

10.3.1 固相制备工艺596

10.3.2 主要的液相制备工艺597

10.3.3 原位反应合成及其他技术599

10.4 铝基复合材料的应用及性能605

10.4.1 铝基复合材料的应用605

10.4.2 连续纤维增强铝基复合材料的性能607

10.4.3 短纤维／晶须增强铝基复合材料的性能617

10.4.4 颗粒增强铝基复合材料的性能621

10.5 镁基复合材料的应用及性能624

10.5.1 镁基复合材料的应用624

10.5.2 连续纤维增强镁基复合材料的性能626

10.5.3 短纤维／晶须增强镁基复合材料的性能627

10.5.4 颗粒增强镁基复合材料的性能628

10.6 钛基复合材料的应用及性能632

10.6.1 钛基复合材料的应用632

10.6.2 连续纤维增强钛基复合材料的性能632

10.6.3 颗粒增强钛基复合材料的性能634

10.7 铁基复合材料及高温用金属基复合材料636

10.8 其他基体的金属基复合材料639

参考文献642

第三篇 功能材料篇651

11 稀土磁性材料651

11.1 引言651

11.1.1 物质磁性的来源和分类651

11.1.2 发展历史和现状653

11.2 硬磁材料655

11.2.1 稀土永磁材料的特性655

11.2.2 Co基稀土永磁材料的新技术与新进展667

11.2.3 第三代稀土永磁材料——Nd-Fe-B永磁材料674

11.2.4 稀土合金化高性能铁氧体永磁材料及其研究进展678

11.2.5 纳米复合高性能稀土永磁材料687

11.2.6 稀土永磁薄膜材料694

11.3 软磁材料698

11.3.1 软磁材料的分类和应用特性698

11.3.2 高频低功耗软磁材料708

11.3.3 高磁导率软磁材料714

11.3.4 高s、高DC-Bias特性软磁材料728

11.3.5 高B高Q低THD软磁材料730

11.3.6 其他软磁材料及薄膜软磁材料731

参考文献733

12 形状记忆合金738

12.1 引言738

12.1.1 概述738

12.1.2 形状记忆效应和超弹性效应738

12.1.3 主要的形状记忆合金材料739

12.2 合金形状记忆效应的基本原理740

12.2.1 形状记忆效应与马氏体相变740

12.2.2 超弹性效应与应力诱发马氏体相变742

12.2.3 形状记忆效应和超弹性效应的晶体学机制743

12.2.4 双程记忆效应与全程记忆效应的机制746

12.2.5 具有非热弹性马氏体相变的合金的形状记忆机制747

12.3 形状记忆合金材料的组织与性能关系748

12.3.1 NiTi基记忆合金748

12.3.2 Cu基记忆合金762

12.3.3 Fe基记忆合金773

12.3.4 多孔形状记忆合金778

12.4 形状记忆合金的制备方法以及加工技术784

12.4.1 熔炼和铸造785

12.4.2 热加工和冷加工788

12.4.3 机械加工与切割791

12.4.4 定型处理（热处理）792

12.5 形状记忆合金的应用793

12.5.1 工程应用793

12.5.2 医学应用797

12.5.3 航天和军事应用800

12.5.4 微机械（MEMS）801

参考文献802

13 金属储氢材料807

13.1 引言807

13.1.1 概述807

13.1.2 储氢合金的发展历史与现状807

13.1.3 金属储氢材料的分类808

13.2 金属储氢的基本原理809

13.2.1 金属储氢的热力学809

13.2.2 储氢合金吸、放氢过程的动力学811

13.2.3 储氢合金中界面的作用813

13.2.4 储氢合金中应力场的作用815

13.3 储氢合金的制备方法815

13.3.1 高温熔炼法816

13.3.2 机械合金化方法817

13.3.3 燃烧合成法823

13.3.4 烧结法825

13.3.5 气相沉积法825

13.4 主要的储氢合金材料及其储氢特性827

13.4.1 对储氢合金的基本要求827

13.4.2 主要的储氢合金及其基本性能特点828

13.4.3 非平衡结构储氢合金及其性能特点851

13.4.4 改善储氢合金性能的方法857

13.5 储氢合金材料的应用868

13.5.1 储氢合金做电池负极材料868

13.5.2 金属氢化物热泵871

13.5.3 储氢合金燃料箱876

13.5.4 氢的回收、提纯与精制877

13.5.5 用作催化剂878

参考文献880

14 电子封装和光子封装用金属材料898

14.1 电子封装工程简介898

14.1.1 电子封装的层次和要求899

14.1.2 电子封装材料概述900

14.1.3 电子封装与光电子封装901

14.2 芯片和元器件中所用金属材料903

14.2.1 微连接金属引线904

14.2.2 引线框架金属905

14.2.3 金属浆料906

14.2.4 金属及金属基复合材料基板材料907

14.2.5 陶瓷基板表面金属化材料909

14.2.6 印制线路板中的金属材料911

14.2.7 导电黏结剂中的金属材料912

14.2.8 散热片用金属材料914

14.3 电子封装用钎焊材料915

14.3.1 微连接及表面组装钎焊工艺及材料915

14.3.2 传统的锡-铅钎料916

14.3.3 无铅钎料918

14.4 光电子系统封装及材料924

14.4.1 概述924

14.4.2 光子系统构成926

14.4.3 光电子器件封装928

14.4.4 光电子封装技术需求与新材料933

14.4.5 光电子封装钎焊技术与材料939

14.5 现代封装技术发展趋势及对封装材料的要求944

14.5.1 电子封装技术的发展趋势944

14.5.2 封装材料面临的挑战954

14.6 封装材料及封装结构可靠性的典型问题956

14.6.1 低介电常数材料的应用与封装956

14.6.2 微凸点与凸点下金属化层层间反应958

14.6.3 焊点电迁移问题962

参考文献969