描述
开 本: 16开纸 张: 轻型纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121254666
本书对于探索金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺的材料类、计算机类、机械类等专业本科生、研究生和研究人员来说，是一本极有价值的参考书。
第1章 引论
1.1 金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺的研究现状
1.1.1 金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺
1.1.2 国内外研究现状
1.2 金属热加工过程微观组织演变的研究进展
1.2.1 热加工过程微观组织演变研究与发展
1.2.2 介观尺度微观组织模拟方法的研究进展
1.2.3 晶粒拓扑结构模型的研究进展
1.3 本书的研究内容
第2章 铸态42CrMo钢正回火后热压缩实验研究
2.1 实验材料和方法
2.2 铸态42CrMo钢流变应力模型
2.2.1 热压缩实验结果
2.2.2 流变应力模型的建立
2.2.3 流变应力模型参数确定
2.3 流变应力模型的验证
2.4 本章小结
第3章 晶粒长大与动态再结晶元胞自动机模型
3.1 元胞自动机法
3.2 晶粒长大CA模型
3.2.1 晶粒长大CA模型的建立
3.2.2 模拟实验与结果分析
3.3 动态再结晶CA模型
3.3.1 理论模型
3.3.2 动态再结晶CA模型的建立
3.3.3 模拟实验与结果分析
3.4 本章小结
第4章 亚动态再结晶与静态再结晶元胞自动机模型
4.1 双道次热压缩实验
4.1.1 亚动态再结晶流变应力曲线
4.1.2 静态再结晶流变应力曲线
4.2 CA理论模型
4.3 CA模型的建立
4.4 模拟实验与结果分析
4.5 本章小结
第5章 金属环件铸辗复合成形工艺宏微观跨尺度建模与仿真
5.1 环形铸坯热辗扩成形的有限元模型
5.1.1 构建宏观模型主要流程
5.1.2 宏观有限元模型的建立
5.2 宏微观边界条件
5.2.1 跟踪点的选取
5.2.2 VUMAT子程序流程
5.3 环形铸坯热辗扩成形的微观组织演变模型
5.4 模拟实验与结果分析
5.4.1 宏观物理场量模拟
5.4.2 微观组织演变的CA模拟
5.5 工业试验验证与组织性能分析
5.5.1 轴承套圈的辗扩试验
5.5.2 轴承套圈的组织性能分析
5.6 本章小结
参考文献
金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺作为一种全新的工艺技术，具有高效、节材、节能减排、经济等特点，尤其适用于大型环件的生产，发展潜力巨大，应用前景广阔。同时，该工艺是集三维连续渐变、非对称、非稳态、宏微观耦合与热力耦合等特点于一体的高度非线性问题，材料在该过程中 “控形”和“控性”并重，经历多场、多因素耦合作用下复杂、多道次局部加载与卸载、不均匀塑性变形和微观组织演化历程，这使得传统的经验模型或唯象数学模型不足以描述该过程的微观组织演变。
在铸辗复合成形过程中，环件的宏观力学性能主要由微观组织决定。在奥氏体再结晶温度以上的热变形过程中和变形之后，微观组织将发生动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶和晶粒长大。晶粒尺寸主要由变形及冷却过程的温度、应变和应变速率决定，这使得金属的成性比成形更关键。由此，制铸辗复合成形过程中的变形温度、应变和应变速率就成为调控成形/成性的重要手段。同时，铸辗复合成形作为一种连续局部回转塑性成形技术，其宏观变形过程和微观组织演变同时进行。然而仅采用微观模拟方法对宏观变形过程进行描述不充分，仅采用有限元方法则不能揭示出环件辗扩微观组织演变的机理。因此，从宏观和微观角度同时描述铸辗复合成形过程对预报和成形/成性一体化调控环件铸辗复合成形全过程具有重要的科学意义和推广应用价值。
计算材料科学（Computational Materials Science，CMS）是20世纪80年代发展起来的一门跨材料科学、物理学、计算机科学、数学、化学以及机械工程等学科的新兴学科分支。该学科在世界范围内并没有统一的名称，在欧洲和中国被称为“Computational Materials Science”，在美国被称为“Computer-based Analysis and Modeling”，在日本则被称为“Materials Design”。它运用固体物理理论、理论化学和计算机算法来研究现代材料科学中一些实验研究有困难的课题。
计算材料科学的研究按照对象的空间尺度不同划分为三个层次：宏观层次（Macroscopic Level）针对材料的宏观几何尺寸，主要研究其加工和力学性能；介观层次（Mesoscale Level）典型尺度约在lμm量级，这时材料被看成连续介质，对应于晶粒尺寸大小的晶格缺陷系统，不考虑其中单个原子、分子的行为；微观层次（Microscopic Level）的空间尺度约在1nm量级，对应小于晶粒尺寸的晶格缺陷系统，是原子、电子层次。
目前利用计算机模拟材料行为主要围绕材料的宏观尺度、介观尺度、微观尺度三个方面的行为开展。介观尺度介于微观尺度和宏观尺度之间，又称细观尺度，范围从亚微米到丝米，其行为表现为材料显微组织的演变，包括金属凝固过程中的枝晶生长，这方面的模拟方法主要有相场（Phase Field Model）法、蒙特卡洛（Monte Carlo，MC）法、元胞自动机（Cellular Automata，CA）法。
元胞自动机法又称细胞自动机法，最早由数学家Neumann在1951年提出用于模拟生物学中的自复制行为，是时间、空间、状态都离散的动力学模型，目前已被广泛应用于医学、材料加工、交通、经济、金融研究等各个领域。由于蒙特卡洛法主要依赖于体系内部自由能的计算，因此运算量大、速度慢。与它相比，元胞自动机法算法简单，便于应用，在空间与时间尺度方面不受限制，对数量极大的元胞许可考虑，且不需要内禀标度。该方法直接考察体系的局部相互作用，通过计算机模拟的总体行为得到其组态变化，由此展示出材料的宏观行为。
迄今为止还没有一本描述金属环件短流程铸辗复合精确成形过程微观组织演变的参考书：既能涵盖数学背景知识、基本原理、求解算法和模型构建，又能兼顾该工艺工业应用的现状。本书的出版目的就是希望填补这个空缺，并充当金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺的导引。
本书的预期读者可能来自多个领域，诸如材料加工工程、计算机应用、应用数学、机械工程等。不论是研究人员、学生还是工程实践领域的工作者都可以使用本书。作者还做了各种努力使本书能够自足，以便那些仅有大学微积分、矩阵代数、概率论和统计学基本背景知识的读者阅读。
本书以铸态42CrMo钢为研究对象，建立了初始晶粒组织、动态再结晶、亚动态再结晶和静态再结晶过程的元胞自动机模型；结合独立成分分析法，提出了考虑结构独立性的晶粒拓扑变形技；探索了将有限元分析方法和元胞自动机法这两种不同空间层次方法相结合，跨宏微观尺度对环件整体或其不同位置分别进行建模。书中大部分素材来源于作者和课题组主要成员开展的原创性研究工作。
由于针对金属环件短流程铸辗复合精确成形工艺的微观组织模拟研究是一个前景广阔且进展迅速的研究领域，不可能在一本书中囊括每项已经报道过的研究进展。作者已尽力在适当的地方涵盖其他研究者的核心贡献，并给出了相关文献目录，以便读者参考。对于可能被遗漏的那些重要贡献，在此深表歉意。
感谢李永堂教授，如果没有他于2010年提出了一种金属环件短流程铸辗复合精确成形新工艺，就没有后续许多研究者的工作。感谢许多金属环件短流程铸辗复合精确成形新工艺的研究者，他们的原创性贡献形成了该工艺的研究基础，并使本书得以问世。
金属环件短流程铸辗复合精确成形新工艺方面的研究工作，是在山西省金属材料成形理论与技术重点实验室进行的。研究工作的部分资助来自国家自然科学基金重点项目“环形零件短流程铸辗复合精确成形新工艺理论与关键技术”（NO.51135007）、国家自然科学基金面上项目“基于铸坯的环件辗扩成形基础理论和关键技术”（NO.51075290）和国家自然科学基金（青年）项目“基于环件铸辗复合成形的42CrMo钢组织演变机理研究”（NO. 51205270），在此深表谢意。
太原科技大学
郭一娜
2014年12月
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