本書以華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10余年的研究成果為基礎(chǔ)，全面系統(tǒng)地介紹了熱等靜壓整體成形技術(shù)方面的理論和技術(shù)。主要內(nèi)容包括熱等靜壓整體成形技術(shù)、熱等靜壓整體成形包套的設(shè)計(jì)與制造方法、熱等靜壓整體成形型芯的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法、熱等靜壓整體成形的數(shù)值模擬方法、鈦合金熱等靜壓成形工藝及其制件性能研究、鎳基高溫合金熱等靜壓成形工藝及其制件的性能研究、熱等靜壓整體成形新工藝研究、熱等靜壓整體成形典型零件的應(yīng)用案例。本書對(duì)熱等靜壓整體成形技術(shù)的進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
史玉升，華中科技大學(xué)華中學(xué)者領(lǐng)軍崗特聘教授。現(xiàn)任華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黨委書記，數(shù)字化材料加工技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室（湖北）主任，國防科技創(chuàng)新特區(qū)主題專家組首席科學(xué)家，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會(huì)委員，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造分會(huì)副主任委員，湖北省3D打印聯(lián)盟理事長等職務(wù)。獲中國十大科技進(jìn)展1項(xiàng)、國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各5項(xiàng)、國際發(fā)明專利獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖北省優(yōu)秀專利獎(jiǎng)1項(xiàng)、湖北高校十大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目1項(xiàng)。獲中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)暨當(dāng)代發(fā)明家、中國科學(xué)十大杰出創(chuàng)新人物稱號(hào)。獲十佳全國優(yōu)秀科技工作者提名獎(jiǎng)、武漢市科技重大貢獻(xiàn)個(gè)人獎(jiǎng)、湖北省五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)碌仁鈽s。享受國家政府特殊津貼。領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)分別入選湖北省和教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)的研究生獲全國優(yōu)秀博士論文提名獎(jiǎng)1篇、湖北省優(yōu)秀博士論文5篇、湖北省優(yōu)秀碩士論文3篇。
第1章熱等靜壓整體成形技術(shù)/1
1.1概述/1
1.2熱等靜壓技術(shù)/3
1.2.1熱等靜壓技術(shù)的基本原理/3
1.2.2熱等靜壓設(shè)備的發(fā)展/4
1.2.3熱等靜壓技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域/7
1.3熱等靜壓整體成形技術(shù)概述/10
1.3.1熱等靜壓整體成形技術(shù)及其發(fā)展/10
1.3.2熱等靜壓整體成形技術(shù)致密化機(jī)理/12
1.3.3熱等靜壓整體成形技術(shù)工藝研究/14
1.3.4熱等靜壓包套制造技術(shù)及其發(fā)展/16
1.3.5熱等靜壓模擬技術(shù)及其發(fā)展/17
1.3.6熱等靜壓整體成形技術(shù)存在的問題/21
本章參考文獻(xiàn)/24
第2章熱等靜壓整體成形包套的設(shè)計(jì)與制造方法/29
2.1概述/29
2.2熱等靜壓包套設(shè)計(jì)方法/29
2.2.1有限元基本原理/29
2.2.2形狀優(yōu)化方法基本原理/34
2.2.3設(shè)計(jì)平臺(tái)及實(shí)現(xiàn)方法/35
2.3熱等靜壓包套制造方法/37
2.3.1包套材料的選用/37
2.3.2包套快速制造工藝/38
2.3.3致密化機(jī)理/41
本章參考文獻(xiàn)/44
第3章熱等靜壓整體成形型芯的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法/48
3.1概述/48
3.2熱等靜壓型芯設(shè)計(jì)/49
3.2.1型芯材料的選擇/49
3.2.2熱等靜壓工藝/51
3.3熱等靜壓型芯有限元模擬/52
3.3.1型芯的控形機(jī)理/52
3.3.2有限元模擬結(jié)果與分析/53
3.4熱等靜壓型芯與制件組織分析/55
3.4.1界面形貌與擴(kuò)散/55
3.4.2表面成形機(jī)理/59
本章參考文獻(xiàn)/61
復(fù)雜金屬零件熱等靜壓整體成形技術(shù)目錄第4章熱等靜壓整體成形的數(shù)值模擬方法/63
4.1概述/63
4.2不銹鋼粉末熱等靜壓數(shù)值模擬/63
4.2.1網(wǎng)格模型/64
4.2.2材料性能參數(shù)/64
4.2.3邊界與初始條件/67
4.2.4粉末致密化過程/68
4.2.5溫度場/71
4.2.6等效柯西應(yīng)力分布/73
4.3試驗(yàn)驗(yàn)證分析/74
4.3.1粉末材料/75
4.3.2熱等靜壓試驗(yàn)/76
4.3.3變形分析/77
4.3.4顯微分析/78
4.3.5力學(xué)性能研究/79
4.4Ti6Al4V粉末熱等靜壓數(shù)值模擬/81
4.4.1模擬及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)/81
4.4.2幾何外形設(shè)計(jì)及網(wǎng)格劃分/81
4.4.3熱等靜壓工藝條件/82
4.4.4材料的物理特性/82
4.4.5試驗(yàn)驗(yàn)證方案/84
4.4.6數(shù)值模擬結(jié)果分析/85
4.5試驗(yàn)驗(yàn)證分析/90
4.5.1三維測量結(jié)果分析/90
4.5.2相對(duì)密度測量結(jié)果分析/92
4.5.3殘余應(yīng)力測量結(jié)果分析/94
4.5.4微觀組織分析/97
本章參考文獻(xiàn)/98
第5章鈦合金熱等靜壓成形工藝及其制件性能研究/102
5.1概述/102
5.2不同熱等靜壓溫度對(duì)鈦合金組織和性能的影響/102
5.2.1熱等靜壓工藝/102
5.2.2熱等靜壓制件微觀組織/105
5.2.3熱等靜壓過程中微觀組織演變/109
5.2.4熱等靜壓制件室溫拉伸性能與斷口分析/111
5.3不同熱等靜壓加載方式對(duì)鈦合金微觀組織與力學(xué)行為的影響/115
5.3.1熱等靜壓工藝/115
5.3.2粉末表征/116
5.3.3表面質(zhì)量/119
5.3.4微觀組織/121
5.3.5拉伸性能/123
5.3.6疲勞性能/124
5.3.7強(qiáng)化機(jī)理/125
5.4熱等靜壓整體成形一種近α新型鈦合金工藝研究/128
5.4.1試驗(yàn)原材料/128
5.4.2相變溫度/129
5.4.3熱等靜壓工藝/130
5.4.4物相識(shí)別/131
5.4.5組織演變/133
5.4.6高溫力學(xué)性能/137
本章參考文獻(xiàn)/141
第6章鎳基高溫合金熱等靜壓成形工藝及其制件性能研究/145
6.1概述/145
6.2Inconel 625合金熱等靜壓制件組織和性能/145
6.2.1制件組織及形成機(jī)理/145
6.2.2制件力學(xué)性能/148
6.3Inconel 625合金熱等靜壓制件固溶處理工藝研究/150
6.3.1固溶處理工藝/150
6.3.2固溶保溫溫度對(duì)組織和性能的影響/151
6.3.3固溶保溫時(shí)間對(duì)組織和性能的影響/154
6.3.4固溶處理對(duì)斷裂機(jī)理的影響/156
6.4FGH4097鎳合金熱等靜壓制件組織和性能/156
6.4.1粉末材料/157
6.4.2熱等靜壓工藝/157
6.4.3制件顯微組織/158
6.4.4力學(xué)性能分析/160
6.5FGH4097鎳合金熱等靜壓深冷處理工藝研究/163
6.5.1試驗(yàn)方法/163
6.5.2顯微組織分析/165
6.5.3力學(xué)性能分析/166
本章參考文獻(xiàn)/171
第7章熱等靜壓整體成形新工藝研究/176
7.1熱等靜壓一體化成形具有涂層的零件表面特性研究/176
7.1.1概述/176
7.1.2試驗(yàn)原材料/177
7.1.3熱等靜壓工藝/178
7.1.4制件與改性層物相分析/179
7.1.5改性層微觀組織/182
7.1.6改性層截面微觀硬度/183
7.1.7摩擦磨損性能/184
7.2鈦合金整體零件的兩步熱等靜壓近凈成形工藝研究/187
7.2.1概述/187
7.2.2兩步法成形工藝/188
7.2.3制件性能分析/191
7.2.4組織形貌分析/192
7.2.5斷口形貌分析/193
7.3熱等靜壓同質(zhì)包套工藝研究/193
7.3.1復(fù)合工藝基本原理/193
7.3.2復(fù)合工藝參數(shù)/195
7.3.3微觀組織分析/198
7.3.4力學(xué)性能分析/202
本章參考文獻(xiàn)/204
第8章熱等靜壓整體成形典型零件的應(yīng)用案例/208
8.1概述/208
8.2葉盤零件熱等靜壓整體成形/208
8.2.1目標(biāo)零件分析/208
8.2.2模具設(shè)計(jì)與優(yōu)化/208
8.2.3零件尺寸分析/210
8.2.4顯微組織分析/212
8.3渦輪盤零件熱等靜壓整體成形/213
8.3.1目標(biāo)零件分析/213
8.3.2成形材料表征/213
8.3.3包套優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造/216
8.3.4熱等靜壓工藝研究/218
8.4其他零件的熱等靜壓整體成形/223
本章參考文獻(xiàn)/224
熱等靜壓（hot isostatic pressing,HIP）整體成形技術(shù)是一種將粉末材料置于由包套和型芯組裝的模具中，抽真空，施加高溫高壓，使模具中的粉末材料致密化，從而獲得高性能和高精度復(fù)雜零件的技術(shù)。
工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始探索利用熱等靜壓技術(shù)整體成形航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端裝備中的高性能復(fù)雜零件，以解決現(xiàn)有鑄件存在的性能缺陷。2006年年初，本團(tuán)隊(duì)與英國伯明翰大學(xué)在華中科技大學(xué)聯(lián)合成立了“中英先進(jìn)材料及成形技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，致力于難加工復(fù)雜金屬零件的熱等靜壓整體成形技術(shù)研究，在國家重大專項(xiàng)、自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃、國際合作計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，通過持續(xù)研究，取得了系列成果。利用選區(qū)激光熔化（selective laser melting,SLM）增材制造技術(shù)成形同質(zhì)包套，解決了復(fù)雜包套難加工、異質(zhì)包套難去除并易污染零件表面的問題；提出涂層制備與復(fù)雜零件成形一體化的技術(shù)，解決了復(fù)雜零件涂層難制備的問題；整體成形出系列不銹鋼、鈦合金和鎳基高溫合金的復(fù)雜零件，綜合性能達(dá)同質(zhì)鍛件水平。
為了更深入地研究熱等靜壓整體成形技術(shù)并將其推廣應(yīng)用，培養(yǎng)這方面的科技人才，我們特總結(jié)本團(tuán)隊(duì)10余年的研究成果，形成了本書。全書共分為8章，第1章介紹了熱等靜壓技術(shù)的基本原理及其發(fā)展現(xiàn)狀，第2章介紹了熱等靜壓整體成形包套的設(shè)計(jì)與制造方法，第3章介紹了熱等靜壓整體成形型芯的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，第4章介紹了熱等靜壓整體成形的數(shù)值模擬方法，第5章對(duì)鈦合金的熱等靜壓成形工藝及其制件性能進(jìn)行了研究，第6章研究了鎳基高溫合金熱等靜壓成形工藝和熱處理工藝對(duì)其制件性能的影響，第7章介紹了熱等靜壓整體成形新工藝，第8章介紹了利用熱等靜壓整體成形技術(shù)制造典型復(fù)雜零件的應(yīng)用案例。
本書內(nèi)容是華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室快速制造中心有關(guān)老師和歷屆研究生科研成果的集中體現(xiàn)，感謝：劉國承等博士在熱等靜壓整體成形數(shù)值模擬方面貢獻(xiàn)的成果，王基維等博士在鎳基高溫合金熱等靜壓整體成形工藝以及性能表征方面貢獻(xiàn)的成果，蔡超等博士在高性能鈦合金材料的熱等靜壓制備與成形一體化技術(shù)方面貢獻(xiàn)的成果，陸恒、吳言、黃俊、周順等碩士在鈦合金熱等靜壓整體成形及其數(shù)值模擬等方面所做的貢獻(xiàn)。同時(shí)也衷心地感謝國家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部等對(duì)科研項(xiàng)目的資助!
在本書的撰寫過程中，參考了相關(guān)研究成果，在此向這些研究成果的作者們表示感謝！在本書的撰寫過程中，一些研究工作還在繼續(xù)，我們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究仍在不斷深化，對(duì)一些問題的理解還不夠深入。因此，本書的欠妥之處在所難免，真誠地希望讀者們給予批評(píng)指正。
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