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出版者:机械工业

作者:曾正明 编

出品人:

页数:901

译者:

出版时间:2003-1

价格:99.00元

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isbn号码:9787111112990

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• 机械工程
• 材料科学
• 工程材料
• 金属材料
• 非金属材料
• 材料手册
• 工程技术
• 机械设计
• 材料选择
• 工业工程

冶金学基础与应用导论 本书聚焦于金属材料的微观结构、性能演变及其在工程实践中的优化应用，深入探讨了从矿石冶炼到最终产品成型的全过程科学原理。 --- 第一部分：金属的本质与结构 第一章 晶体结构与缺陷理论 本章系统阐述了金属材料的基本构成单元——晶体结构。我们从理想晶体的几何排列入手，详细解析了体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）三种主要晶格类型的特点、晶面指数和晶向指数的确定方法，并结合密堆积原理，解释了它们对宏观力学性能的初始影响。 随后，重点深入到晶体缺陷理论。我们不仅讲解了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）对扩散和电阻率的影响，还对线缺陷（位错）进行了深入剖析。通过Schottky机制和Reuss模型的引入，我们详细分析了单滑移系和多滑移系下的塑性变形机制，特别是Hall-Petch关系如何将晶粒尺寸与屈服强度直接关联起来。层错、堆垛层错以及晶界结构（包括小角度晶界和高角度晶界）的能量学分析，为理解材料的强化和抗蠕变行为奠定了理论基础。 第二章 热力学与相图原理 本章构建了理解材料稳定性的热力学框架。我们从吉布斯自由能出发，阐述了相变发生的驱动力，并详细介绍了查特朗方程在溶解度和蒸气压计算中的应用。 重点内容在于相图的解读与构建。我们将杠杆定律和冷却曲线分析作为基础工具，深入分析了二元合金（如Fe-C系、Cu-Ni系）的相区、共晶点、共熔点和包申格点。对于三元相图，本书侧重于温度截面图和等温截面图的绘制与分析方法，特别是液相范围的确定。同时，对相变的动力学过程（形核与长大）进行了定量描述，包括冷却速率对微观结构（如珠光体片层间距）的影响。 第三章 扩散理论及其工程应用 扩散是材料加工和服役性能的关键机制。本章首先建立了菲克第一定律和第二定律的数学模型，并讨论了扩散系数对温度的依赖性（阿伦尼乌斯关系）。 我们区分并详细对比了晶格扩散、晶界扩散和空位-溶质相互作用扩散的机制和速率差异。在工程应用方面，本章着重分析了固态氧化物生长动力学（抛物线速率定律）、渗碳/渗氮过程中的碳/氮原子传输，以及在高温合金中元素偏析导致的性能退化问题。 --- 第二部分：合金化与组织控制 第四章 钢铁材料的相变与热处理 钢铁作为结构材料的基石，其组织控制至关重要。本章深入探讨了铁素体-奥氏体转变的动力学，并详细分析了碳在奥氏体中的溶解机制。 热处理部分是核心。我们详细阐述了退火、正火、淬火和回火的工艺流程、组织演变和最终性能。特别关注冷却速率对马氏体转变的影响，包括T0线、Ms点和Mf点的确定。在回火过程中，我们运用电子显微镜观测结果来解析亚共析钢中碳化物的析出序列（从ε碳化物到渗碳体），以及不同温度回火对韧性和强度的影响。针对高碳钢和工具钢，本章还专门讨论了贝氏体（Bainite）的形成机制及其优异的综合性能。 第五章 铝、镁及钛合金的基础冶金学 面向轻量化和高比强度应用，本章聚焦于非铁金属的合金化策略。 铝合金：详细介绍了Al-Cu、Al-Mg-Si等系合金的固溶处理、时效强化原理。我们从GP区（Guinier-Preston Zone）的形成开始，分析了θ'相和θ相的析出对硬度的贡献，并解释了过时效导致的粗化机制。 镁合金：重点讨论了HCP结构的特性对塑性变形的限制，以及稀土元素（如Y、Nd）在改善其高温稳定性和加工性中的作用。 钛合金：全面覆盖了α相、β相及其转变组织（如α+β组织）。书中详细解析了Martensitic转变的无扩散特性，并探讨了如何通过控制热处理过程来稳定所需的微观结构，以满足航空航天对耐腐蚀性和疲劳性能的严苛要求。 第六章 增材制造中的金属粉末冶金与凝固 本章将传统冶金与现代制造技术相结合。我们首先介绍了金属粉末的制备方法（如雾化法、机械合金化），重点分析了粉末的粒度分布、形貌对烧结致密化的影响。 在选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）的背景下，本章着重分析了快速凝固效应。由于极高的冷却速率（10³至10⁶ K/s），增材制造部件中常出现枝晶间距极细化、非平衡相的形成以及高缺陷密度。我们使用热梯度凝固模型来预测熔池的几何形状，并讨论了应力、残余拉伸应力与热变形（Warpage）的控制策略。 --- 第三部分：材料的性能与失效分析 第七章 机械性能的本构关系 本章构建了理解材料力学响应的数学模型。我们超越传统的应力-应变曲线，深入研究了粘塑性（Viscoplasticity）和粘弹性（Viscoelasticity）行为。 详细推导了Ludwik方程和Hollomon方程，并讨论了Krupkowski指数在描述加工硬化中的应用。在断裂力学方面，本书聚焦于线性弹性断裂力学（LEFM），全面推导了应力强度因子（$K_I, K_{II}, K_{III}$）的计算方法，并解释了Toughness J积分在处理小裂纹扩展问题中的优势。 第八章 疲劳、蠕变与环境影响 金属材料的服役寿命主要受疲劳和蠕变控制。 疲劳：本章基于Basquin、Morrow和Coffin-Manson模型，阐述了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的本质区别。我们详细分析了裂纹萌生（通常在表面缺陷或晶界处）、裂纹扩展（Paris-Erdogan定律）以及疲劳断口分析（如疲劳辉纹的识别）。 蠕变：通过Nabarro-Herring模型和Coble模型，我们阐明了扩散控制下的高温变形机制。重点分析了Larson-Miller参数在预测材料长期蠕变寿命中的应用，以及晶界滑动如何成为高温蠕变的主要因素。 腐蚀与氢脆：探讨了电化学腐蚀的基础，并着重于应力腐蚀开裂（SCC）和氢致延迟断裂（HEDE）的机理。我们使用氢陷阱理论来解释高强度钢中氢原子的聚集和对晶界的塑化作用。 --- 第九章 高级功能材料的冶金制备 本章探讨了面向特定功能要求的材料设计。 高温合金（Superalloys）：详述了镍基高温合金中γ'相（Ni₃(Al, Ti)）的有序结构及其体积分数对蠕变性能的决定性作用。书中包括了单晶（Single Crystal）技术中外延生长和定向凝固的工艺控制，以消除晶界带来的蠕变弱点。 软磁材料：分析了晶体结构对磁畴壁运动的阻碍作用，并对比了非晶/纳米晶软磁材料（如 बौ-based alloys）在极小化磁滞损耗方面的优势。 压电与铁电材料：涉及陶瓷材料的冶金学过程，特别是锆钛酸钡（PZT）中极化取向（Poling）的电场诱导过程，及其对介电常数和压电系数的影响。 --- 本书旨在提供一个全面、深入且具有工程实践指导意义的金属材料科学框架，为材料工程师和研发人员提供扎实的理论工具来理解、设计和优化下一代金属部件的性能与可靠性。

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我对《机械工程材料手册》中关于材料失效分析的案例研究部分印象最为深刻。这部分内容没有采用那种空泛的理论描述，而是真正地展示了“从现象到结论”的完整侦探过程。书中对腐蚀、蠕变、应力松弛等失效模式的诊断流程，结合了实际断口形貌的显微照片，对比极其鲜明。尤其是那些涉及到多物理场耦合作用下的材料退化分析，简直是高水平研究的范本。它引导读者去思考，材料的性能不是孤立存在的，而是与工作环境、制造过程、甚至装配方式紧密关联的。这本书的价值在于，它不仅仅是一个知识的汇编，更像是一套培养工程师系统性思维的训练教材。读完后，我发现自己看待材料问题的角度都变得更加全面和审慎了，这对于提升整个设计团队的整体水平，都有着不可估量的积极作用。

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初次翻开这本厚重的《机械工程材料手册》，我最直观的感受是其排版设计充满了严谨的工业美学。每一个章节的逻辑推进都像精密仪器的装配流程一样，层层递进，毫不含糊。对于非金属材料（比如先进复合材料和高分子材料）的介绍部分，其广度令人惊叹，远超我预期的“机械”范畴。它不仅列举了材料的宏观力学性能，更深入地探讨了它们在极端环境，比如超低温或超高温条件下的相变和稳定性。我特别留意了关于材料的无损检测方法和标准的章节，这部分内容组织得极具条理，从超声波到射线检测的原理、适用范围和局限性，都被梳理得井井有条。阅读过程中，我感觉自己像是在跟随一位经验极其丰富的材料科学家进行深度对话，他不仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么会这样”，这种对本质的探究精神，让这本书的价值远远超出了单纯的性能查阅工具的范畴，它更像是一部关于材料哲学的著作。

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说实话，这本书的深度对初学者可能有点挑战性，它需要的读者具备一定的材料科学基础，否则那些密集的公式推导和复杂的晶格结构图可能会让人望而却步。然而，对于我们这些在研发岗位上摸爬滚打多年的老兵来说，这本书简直就是一座宝藏。我最欣赏它对“新材料”的收录速度和前瞻性，很多国际上刚开始引起关注的增材制造用特种合金，这本书里就已经有了初步的性能数据和应用指导。这种紧跟技术前沿的更新速度，在同类手册中是极为罕见的。特别是它对材料的成本效益分析模块，非常务实，结合了不同国家和地区的市场情况，为我们进行经济性评估提供了坚实的参考点，避免了闭门造车式的技术决策。它教会我们的不仅仅是如何选择最好的材料，更是如何选择在当前经济环境下“最合适的”材料，这才是真正的工程智慧的体现。

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这本书的实用手册部分做得真是细致入微，简直是为车间操作者量身定做的参考指南。我指的是关于标准件材料牌号的对照表和公差配合的详细说明部分。例如，针对不同标准的螺栓、轴承钢材的详细化学成分和对应的国际/国家标准号，一目了然，极大地缩短了查找时间。我发现作者在组织这些数据时，考虑到了全球化的协作需求，很多中美欧日等主要工业体系的标准都有交叉对比，这在跨国项目合作中简直是救命稻草。而且，它对材料的表面处理工艺，比如电镀、阳极氧化、化学气相沉积（CVD）等，不仅描述了过程，更强调了这些处理后材料的界面性能变化，这对于我们进行系统集成和寿命预测至关重要。这本书的厚度与其说是内容多，不如说是信息密度高，每一页都承载着大量的、可直接转化为生产力的信息。

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这本《机械工程材料手册》的编写者显然是下了大功夫的，从内容详实程度上来看，简直就是一本百科全书级别的工具书。我尤其欣赏它对各类金属材料的微观结构分析，那部分内容简直是教科书级别的深度解读。书中对于不同热处理工艺对材料性能影响的论述，清晰明了，每一个参数的选取和对应的结果变化，都给出了详尽的数据支持，这对于我们一线工程师来说，是解决实际问题的金钥匙。我记得有一次我们遇到一个高应力部位的零件失效问题，翻阅手册中关于疲劳性能和断裂韧性的章节，很快就定位到了材料选择上的潜在缺陷，并据此提出了改进方案。更难能可贵的是，它并没有停留在理论层面，而是结合了大量的工程实例进行剖析，那些图表和案例分析，让枯燥的材料学知识瞬间变得生动起来，仿佛作者就在手把手地教你如何应对工程挑战。这本书的专业性和实用性，在我多年的工作经验中，是少有的能达到如此高度的参考资料，尤其适合需要进行复杂材料选型和失效分析的专业人士。

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