金属材料固-液成形理论与技术

《金属材料固-液成形理论与技术》共5篇20章，涵盖金属材料固-液成形理论及应用技术两部分。理论部分包括金属材料固-液成形流变学、固-液成形高压凝固学及固-液成形塑性力学等内容；应用技术部分包括金属材料固-液成形学、工程应用学及质量控制等。重点给出了液态模锻、液态挤压、半固态成形及双控成形等金属材料成形工艺的原理、工艺选择、应用范围及应用实例。 《金属材料固-液成形理论与技术》可作为金属材料成形专业本科生、研究生学习专业课时的辅助教材；对于从事成形加工的专业人员，也是一部开阔视野的参考书。

第1章 绪 论
1.1 金属材料加工分类
金属材料从固态向液态或从液态向固态的转换过程中，均经历着固-液态阶段。特别对于结晶温度区间宽的合金，尤为明显。由于上述三个阶段中，金属材料呈现出不同特性，利用这些特性，产生了塑性加工、凝固加工和固-液态加工等多种热加工成形方法。
凝固加工利用了液态金属呈现良好的流动性，以完成成形过程中的充填、补缩，直至凝固的结束。为了提高制件的质量和尺寸精度，不断向快速、精密、高压方向发展，先后出现了高速连续铸造、差压铸造、压力铸造及双柱塞精密压铸法。其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善制件内部质量和尺寸精度。但从凝固机理角度看，铸造加工要想完全消除制件内部缺陷是极其困难的。
塑性加工利用了固态金属在高温下，呈现较好的塑性流动性，以完成成形过程充填。采用塑性加工生产的制件，其质量远高于铸造方法生产的制件。但固态金属变形抗力高，需要消耗较多的能源。对于稍复杂的零件，往往需要多道工步或工序成形才能完成。因此降低能耗和成本，减小变形抗力，提高制件的尺寸精度，保证制件的质量，就成为塑性加工的发展方向。因而先后出现了精密模锻、等温锻造、超塑性加工等。
固-液态加工利用了金属从液态向固态或固态向液态过渡（即固-液共存）时的特性，综合了凝固加工和塑性加工的长处，即加工温度比较低，如铝合金，与凝固加工相比，加工温度可降低120℃；变形抗力小，可一次加工形状复杂且精度要求高的零件。因此，固-液态加工的科学含义是利用金属材料从固态向液态，或从液态向固态的转换过程中具有的固-液态特性所实现的加工。很明显，这是一个温度概念，而现实的加工是在固-液态温度区间内完成，并没有涉及材料处于固-液态的某种特性，即所谓流变性和触变性，如图1-1所示。20世纪70年代初，美国麻省理工学院Spencer等在自制的高温黏度计中测量Sn-15%（质量分数）Pb合金高温黏度时，发现了金属在凝固过程中的特殊力学行为[1]，即金属在凝固过程中进行强力搅拌，使枝晶破碎，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固-液混合浆料（固相组分的体积分数甚至可高达60%），具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品，并冠以半固态加工[1，2]，一直沿用至今。这样的半固态加工，不仅与温度有关，还与金属本身结构特性有关。作者在文献[3]中提出了一种分类方法，即把固-液态加工分