金属材料半固态成形技术是一种介于普通铸造（纯液态）和锻压（纯固态）之间的短流程近净成形工艺。本书针对节能减排对汽车轻量化加工的迫切需求，结合作者多年来在承担国家“863”、“973”、德意志科研联合会重大基础研究项目（DFG—SFB289）和北京市自然科学基金等所取得的部分研究成果，以典型轻质金属材料——铝合金和镁合金为研究对象，论述7半固态成形技术的基本工艺、常用半固态金属及复台材料组织性能、金属材料在半固态状态下的本构模型。重点阐述了基手半固态成形理论开发的A3 56铝合金复杂零件半固态感应加热和触变锻造成形工艺以及模拟技术：详细介绍了铝镁合金双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺。

本书可为高等院校师生、研究院所研究人员，以及从事有色金属及复合材料加工的企事业单位工程技术人员在材料制备、成形加工等方面提供阅读参考。

金属材料半固态成形技术是一种在介于普通铸造（纯液态）和锻造（纯固态）之间的短流程近净成形工艺。针对节能减排对汽车轻量化加工的迫切需求，结合作者多年来在承担国家“863”、“973”、德意志科研联合会重大基础研究项目（DFG-SFB289）和北京市自然科学基金等所取得的部分研究成果，以典型轻质金属材料——铝合金和镁合金为研究对象，论述了半固态成形技术基本工艺、常用半固态金属及复合材料组织性能、金属材料在半固态下的本构模型。重点阐述了基于半固态成形理论开发的A356铝合金复杂零件半固态感应加热和触变锻造成形工艺以及模拟技术；详细介绍了铝镁合金双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺，包括不同形状半固态坯料制备、半固态加热及组织性能分析、双层管半固态共挤压成形数值模拟等。另外，还介绍了第11届合金及复合材料半固态加工国际学术会议展品情况。

本书可为高等院校师生、研究院所研究人员，以及从事有色金属及复合材料加工的企事业单位工程技术人员在材料制备、成形加工等方面提供阅读参考。

前言

第1章绪论1

 1.1轻金属在汽车工业中的应用1

 1.2半固态成形技术及其成形方法3

1.2.1半固态成形技术3

1.2.2半固态成形方法6

 1.3半固态浆料的制备方法及组织形成机理13

1.3.1半固态浆料的制备方法13

1.3.2半固态组织形成机理18

 1.4半固态加工技术的国内外研究进展19

 参考文献21

第2章半固态成形用铝镁合金及颗粒增强复合材料25

 2.1 半固态成形铝合金的材料及性能25

2.1.1 半固态成形铝合金的材料及力学性能25

2.1.2 半固态成形A356铝合金的组织性能27

 2.2 半固态成形镁合金的材料及性能30

2.2.1 半固态成形镁合金的材料及力学性能31

2.2.2 半固态成形镁合金的组织性能33

 2.3 颗粒增强金属基复合材料及其半固态成形38

2.3.1 有色金属合金的强化方法38

2.3.2 SiCp/Al复合材料的制备方法39

2.3.3 SiC增强A356铝合金复合材料的半固态加工43

 参考文献46

第3章 金属材料在半固态状态下的本构模型49

 3.1 半固态金属材料的物理参数49

 3.2 金属材料在半固态状态下的单相模型55

3.2.1 数值模拟中的数学模型56

3.2.2 触变性对T形模具充型的影响61

3.2.3 单相模拟的局限性64

 3.3 半固态加工建模的双相法66

3.3.1 用两相模型建模66

3.3.2 数学模型69

 参考文献 77

第4章 A356 铝合金半固态感应加热及复杂零件触变锻造成形 80

 4.1 感应加热的原理80

 4.2 感应加热中功率选择的准则和坯料加热方式82

4.2.1 感应加热中功率选择的准则82

4.2.2 加热坯料的放置方式84

 4.3 A356 铝合金的感应加热及分析84

4.3.1 控制程序85

4.3.2 A356铝合金感应加热结果88

4.3.3 半固态感应加热热能参数分析91

 4.4 A356铝合金的触变锻造92

 4.4.1 触变锻造设备及其控制程序93

 4.4.2 A356铝合金的触变锻造过程97

 4.5 复杂零件触变锻造成形中的液固相分离98

4.5.1 零件下双杯和法兰连接处的偏析状况98

4.5.2 法兰中的液固相偏析100

 4.6 断口分析102

4.6.1 断口试样的制备103

4.6.2 断口扫描电镜分析104

4.6.3 半固态金属断裂的力学模型研究108

4.6.4 液相体积分数对断裂机理的影响109

 参考文献111

第5章 复杂零件触变锻造成形的有限元模拟114

 5.1 有限元模拟技术在半固态成形中的应用114

 5.2 金属塑性成形专用商业有限元软件Larstran / Shape简介115

 5.3 用Larstran /Shape软件建立触变锻造模拟的模型116

5.3.1 基本假设116

5.3.2 边界条件116

5.3.3 提高计算效率的策略118

 5.4 两种不同触变锻造成形工艺中的金属流动行为119

5.4.1 镦粗 +复合挤压的有限元模拟120

5.4.2 镦粗 + 挤压的有限元模拟128

5.4.3 两种不同触变锻造成形工艺中浆料流动的比较131

 5.5 A356铝合金零件的触变锻造与其模拟结果比较133

5.5.1 标准零件的触变锻造结果及其与模拟结果的比较133

5.5.2 非标准零件的触变锻造结果及其与模拟结果的比较136

 参考文献140

第6章 铝镁合金双层复合管半固态多坯料挤压成形142

 6.1 双层复合管的应用及制备技术概述142

6.1.1 双层复合管的应用现状142

6.1.2 双层复合管常用制备技术144

 6.2 铝镁合金棒状和环状半固态坯料的制备147

6.2.1 A356铝合金半固态坯料的制备147

6.2.2 AZ91镁合金半固态坯料的制备158

 6.3 棒状和环状坯料半固态的二次加热与微观组织164

6.3.1 A356铝合金坯料的二次加热164

6.3.2 AZ91镁合金坯料的二次加热175

 6.4 双层复合管半固态多坯料挤压成形模具设计177

6.4.1 制坯模的设计与优化177

6.4.2 双层复合管半固态共挤压成形模具的设计178

 6.5 双层复合管半固态多坯料挤压成形界面的结合原理180

 参考文献185

第7章 双层复合管半固态多坯料挤压成形有限元模拟188

 7.1 有限元仿真软件ABAQUS简介188

 7.2 双层复合管有限元模拟模型的建立189

7.2.1 双层复合管多坯料挤压成形有限元模型化189

7.2.2 加载方式、边界条件和接触关系的建立192

 7.3 双层复合管不同挤压成形方式的有限元模拟及分析194

7.3.1 双层复合管正挤压成形方式的模拟及分析194

7.3.2 双层复合管反挤压成形方式的模拟及分析204

7.3.3 双层复合管带芯轴挤压成形方式的模拟及分析215

 7.4 三种挤压成形方式的比较220

 参考文献223

第8章 等体积流量法在触变锻造成形流动前沿中的应用224

 8.1 流动前沿的设计225

 8.2 使用平锻模和带有16°角的锻模进行工步挤压226

8.2.1 使用平锻模进行工步挤压226

8.2.2 使用带有16°角的锻模进行工步挤压228

 8.3 使用平锻模和带有16°角的锻模进行镦粗229

8.3.1 使用平锻模镦粗229

8.3.2 使用带有16° 角的锻模进行镦粗230

 8.4 触变锻造流动前沿研究结果讨论232

 参考文献233

附录 第11届合金及复合材料半固态加工国际学术会议展品介绍235