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弹塑性力学在半固态挤压铸造中的应运
塑性加工工艺具有无切削、高效率和低成本等优点，因此它是微零件规模化生产的关键技术之一。然而，微零件的尺寸十分微小，其生产工艺有别于传统的塑性加工方法。由于成形尺寸小，尺度效应扮演着重要的角色，成为微塑性研究的基本问题。基于连续介质的传统塑性力学理论无法解释微塑性成形过程中的尺度效应。另一方面，相对于分子的尺寸而言，微塑性成形零件的尺寸又过于庞大，也无法将基于离散介质的分子动力学理论应用到微塑性成形研究中。因此，有必要对微塑性技术理论进行系统的研究。
1.2.1微成形技术理论基础
微塑性成形指加工的产品尺度至少是在毫米量级以下的塑性成形方法，是以塑性加工方式生产毫米到微米量级微型零件的工艺技术。与传统的塑性成形技术相比，微成形技术具有新特点:
(1)本构关系与材料特征尺度相关。(2)尺度效应现象的出现。(3)材料呈现出各向异性。(4)微成形产品质量波动明显。(5)材料微结构对微成形工艺的影响明显增加。(6)摩擦和润滑发生了变化。(7)模具设计和制造发生了变化。(8)相关数据的测试方法与测试仪器在微小尺度下变得特殊，传统的理论、方法和设备已经不再完全适用。
相对于其它的微型件制造技术，微塑性成形技术在很多方面具有明显的优势:
(1)加工精度高。由于在微成形过程中材料与模具紧密接触，微成形零件尺寸精
度、表面粗糙度等均可以达到较高要求，适合于微小高精度零件的净生产。
(2)生产效率高，适于大批量生产。微成形技术是利用材料的塑性变形来实现微型零件的制造，可对同样结构的微型零件通过模具进行高速制造，以满足对微型零件的大量需求。
(3)材料利用率高。微成形技术通过材料塑性变形生产微型零件，材料损失很少。(4)加工形状多样。微成形技术可以通过模具加工复杂三维微型零件。
(5)低加工成本。微成形技术对加工仪器、设备、环境等要求相对较低，生产成本较低。
(6)可加工材料广泛。微成形技术可对大部分金属进行加工。
1.2.3塑性成形技术面临的挑战和发展趋势
塑性成形技术虽然已经取得一定的发展，但是仍面临着严峻的挑战，概括起来
主要有以下几点：
(1)由于“尺度效应”的影响，传统的材料模型已不再适用于微成形领域，如何
建立起微小尺度下反映材料应力应变之间的本构关系，并基于这些理论建立起微观尺度下金属成形工艺的理论体系，是基础理论研究的发展趋势。
(2)产品尺寸精度的控制是塑性成形技术获得进一步发展的难题。由于影响产品尺寸精度的因素相当复杂，涉及到模具的尺寸精度、成形过程中的摩擦和润滑条件、成形工艺的确定、成形设备精度控制以及坯料尺寸精度控制等，对于不同的变形方式和工件形状，这些参数的影响会有很大差异。因此除了通过实验来认识具体的规律外，还需要进一步建立有效的理论分析方法和数值模拟技术。
(3)工件尺寸的微型化除了对成形工艺本身产生极大的影响外，还使被成形配件的组装难度加大。当成形产品的尺寸较小时，作为单个部件进行生产，再运往装配线进行组装可能会出现许多难以解决的问题。因此能否在装配线上一次成形并完成部件装配是塑性微成形发展的趋势。
(4)由于尺度效应的影响，在微小尺度下材料的性能和特性都发生了变化，再用宏观的材料实验方法去测量已经不准确或是不合适，而至今微成形还没有形成统一的标准实验体系，包括实验和度量方法，这对于学术研究、交流和材料微成形性能库的建立都不利。因此，建立适合于微尺度的材料实验体系极为重要。
1.3半固态成形技术
1.3.1半固态的概念
20世纪70年代，美国麻省理工学院Flemings教授提出了半固态加工技术。金属半固态加工是指在金属凝固过程中，对其施加剧烈的搅拌作用，充分破碎树状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为流变成形。如果将流变浆料凝固成坯锭，按需要将此金属铸锭切成一定大小，然后重新加热至金属的半固态温度区，这时的金属坯料一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形。半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工，通常称为半固态加工。
流变成形
在凝固期间，对合金施加搅拌，使浆料中形成颗粒状固相，然后像液态金属压铸一样直接将半固态浆料注入压型中成形，这种工艺称之为流变成形。流变成形充型前浆料已呈半固态状态，虽然粘度较高，但仍具有良好的流动性，充型流态为层流，可以制造尺寸精确、形状复杂的高质量零部件。这种加工方法的缺点是半固态浆料储运比较困难，所以在工业中的应用受到了很大的限制。但是流变成形有设备较简单、流程较短、可节省能源等优点，是今后半固态成形的发展方向。
将半固态浆料凝固成铸锭，按需要将此铸锭切割成一定大小，使其重新加热到金属的半固态区，利用半固态合金坯料进行压铸或挤压成形，这种方法称为触变铸造。由于半固态坯料的加热、输送很方便，并易于实现自动化操作，因此触变铸造已成为当今半固态铸造的主要工艺方法。普通压铸工艺中有一个缺点是液态金属射出时空气易卷进铸件中形成气泡，普通压铸件不能进行热处理。半固态压铸时，通过控制半固态金属的粘度和固相率，可以改变熔体充型时的流动状态，抑制气泡的产生，使铸件内在质量明显提高，并可以经过热处理达到高品质化，从而可能应用到重要零件上，并可以制造锻造难以成形的复杂形状制品。
铸造属于液体充填形式的加工方法。它利用液态金属具有良好的流动性，完成成形过程中的充型、补缩，直至凝固结束。为了提高铸件的质量和尺寸精度，铸造不断的向着快速、精密、高压方向发展。然而，从凝固机理角度看，铸造加工要想完全消除铸件内部缺陷是极其困难的。
塑性加工属于固体充填形式的加工方法。它利用固体金属在高温下呈现较好的塑性流动性，完成成形过程的充填。采用压力加工方法生产出的产品，其质量远高于用其它方法生产的产品。但是固态金属变形抗力高，需要消耗较多的能源。对于稍微复杂的零件，往往需要多道锻造工序，成形才能完成，成本很高。因此，降低能源消耗和成本，减小单位变形力，提高制件的尺寸精度，就成为塑性加工的发展方向。半固态金属加工则利用了金属处于固、液两相共存时的特征，吸取了铸造的充填形式和塑性加工的压力因素，是处于二者之间的一种工艺。半固态加工是铸造加工和塑性加工发展的产物。半固态金属坯料与传统过热的液态金属相比，具有一半左右的初生固相，而与固态金属相比，半固态坯料有一半左右为液态，并且固态部分是非枝晶态，细小、等轴、均匀的球形颗粒，所以与传统的加工方法相比，半固态加工具有以下优点：
(1)半固态加工技术应用范围广泛。凡具有固、液两相区的合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金、锌合金、镍合金、铜合金及钢铁合金，可适用于多种加工工艺，如铸造、挤压、锻造等。
(2)半固态合金材料具有高粘度。与100%液相高压模铸相比，可以采用更高的充填速度而保持良好的层状流动，充填平稳，无湍流和喷溅，少夹渣。
(3)半固态加工温度低。因为半固态的加工温度是介于固相线温度和液相线温度之间的，比液态铸造的温度低很多，因此凝固收缩小，成形件尺寸精度高，与成品零件相近，可以做到少或无切削加工，节约了资源。
(4)半固态加工能耗低。半固态金属凝固热焙需排量与传统的100%液相金属凝固相比大约低两倍，大大降低了凝固时间，有利于提高生产率。同时，半固态加工减轻了对成形装置，尤其是模具的热冲击，使其寿命大幅度提高，降低了生产成本。
(5)半固态合金材料机械性能高。金属坯料在充型前已析出一半左右的初生固相，减少了凝固收缩，铸件具有更少的收缩孔洞，能够承受更高的液体压力。半固态金属坯料不存在宏观偏析，因而铸件也不存在宏观偏析，其性能更均匀。
(6)半固态生产可以节约能源。因为半固态生产过程中减少了加热至金属完全熔化的过程，其加工方式可以节约能源，以生产单位质量零件为例，半固态加工与普通铝合金铸造相比，节能35%左右。
(7)应用半固态加工工艺可改善制备复合材料中非金属材料的漂浮、偏析以及金属基体不润湿的技术难题，这为复合材料的制备提供了有利条件。半固态金属的粘度较高，可以方便地加入增强材料(颗粒或纤维)，为复合材料的廉价生产开辟了一条新算途径。
我国塑性微成形的研究还处于起步阶段，需要大量的研究人员去完善理论方面的研究，然而半固态技术在实践中的应运还不成熟，也需要研究人员去开发。
弹塑性力学是研究弹性和弹塑性物体应力和变形规律的一门科学，是分析和解决许多工程技术问题的基础和依据。通过本课程的学习，研究生应掌握弹性力学、塑性力学的基本理论和方法，打好较坚实的力学基础，学会应用弹塑性力学的基本理论和方法思考、分析和解决工程实际问题。弹性力学是固体力学的重要分支，它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力，也称为弹性理论。它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
弹性体是变形体的一种，它的特征为：在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。绝对弹性体是不存在的。物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。
物体超过一定的抗拉强度就会断裂，断裂的主要任务是研究裂纹尖端附近应力应变情况，揭示裂纹体在外载作用下应力应变场的变化规律；建立断裂判据，分析裂纹的扩展规律和带裂纹构件的承载能力，提出抗裂设计的方法，以保证构件的安全工作。
通过本课程的学习，我们应掌握断裂与弹塑性力学的基本理论和方法，结合自己的课题