材料科学与工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787502544270

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好的，这是一本关于现代工业制造中的先进金属材料与加工技术的专业书籍的详细简介，该书深入探讨了高性能金属材料的设计、制备、微观结构控制以及前沿加工方法，旨在为材料工程师和机械设计师提供全面的技术指导和理论支撑。 --- 现代工业制造中的先进金属材料与加工技术 书籍简介 本书聚焦于21世纪以来，随着航空航天、新能源、生物医学和高端装备制造等领域对材料性能要求的急剧提升，先进金属材料在设计、合成、性能表征及复杂成形技术方面所取得的突破性进展。全书结构严谨，内容涵盖从基础理论到尖端应用的完整知识体系，旨在帮助读者构建一个多尺度、多物理场的金属材料综合认知框架。 第一部分：先进金属材料的设计与合成 (Fundamentals and Design of Advanced Metallic Materials) 本部分系统阐述了高性能金属材料的设计理念，重点不再是传统的基于经验的配方，而是基于第一性原理和计算模拟的理性设计方法。 第一章：高性能结构钢与高熵合金的微观设计 详细解析了超高强度钢（如马氏体时效钢和先进高强韧钢AHSS）的相变机制与析出动力学。重点介绍了高熵合金（HEAs）的“高熵效应”、“迟滞效应”和“缺面效应”，并深入分析了单一相（如FCC、BCC）和多相（如双相、Laves相析出）高熵合金在极端温度下的力学响应。讨论了利用计算热力学（CALPHAD）和机器学习辅助来加速新型高熵合金的成分筛选过程。 第二章：特种耐腐蚀与耐高温合金的基体工程 本章聚焦于镍基、钴基及钛合金在苛刻环境中的失效机理与防护策略。在镍基高温合金部分，详述了第二代、第三代单晶合金中$gamma/gamma'$ 强化机制的优化，如[001]取向控制和拓扑密排相（TOPSEs）的抑制。针对钛合金，着重分析了$alpha_2+gamma_2$ 顺序相变控制在盘式部件中的应用，以及新型高韧性/耐磨损的难熔金属间化合物（如$ ext{TiAl}$）的微观结构调控技术。 第三章：增材制造（AM）用金属粉末的制备与特性 系统梳理了用于选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）的金属粉末（如 $ ext{Ti6Al4V}$, $ ext{Inconel 718}$）的制备技术，包括等离子雾化法和旋转电极法。探讨了粉末的球形度、粒径分布、氧含量等关键参数如何直接影响AM过程中的成形质量和最终材料性能，特别是球形粉末在流动性与致密化过程中的作用。 第二部分：多尺度结构控制与性能调控 (Multiscale Structure Control and Property Tailoring) 本部分是本书的核心，强调了通过精确控制材料从原子到宏观尺度的结构变化，来实现对宏观力学性能（强度、韧性、疲劳寿命）的定制化调控。 第四章：亚微米/纳米晶结构的形成与稳定性 深入探讨了纳米晶（NC）和超细晶（UFG）金属的制备方法，如高能球磨、搅拌摩擦加工（SPD）技术中的等通道转角挤压（ECAP）和高压扭转（HPT）。分析了纳米晶材料中晶界对流动应力、加工硬化率和蠕变行为的复杂影响机制，特别是晶界扩散与晶界滑移在不同温度下的主控作用。讨论了纳米晶结构的长期热稳定性问题及其界面工程解决方案。 第五章：界面工程与复合材料的强化机制 本章关注通过引入第二相或界面来提升基体性能。详细分析了金属基复合材料（MMC）中纤维（如SiC、 $ ext{CNT}$）与金属基体（如 $ ext{Al}$, $ ext{Mg}$）之间的界面反应控制，包括界面稳定层（如 $ ext{Al}_4 ext{C}_3$ 的抑制）的形成与消除。探讨了弥散强化（如 $ ext{Y}_2 ext{O}_3$ 颗粒）在高温合金中钉扎位错和抑制晶粒粗化中的作用机理。 第六章：先进表征技术在材料科学中的应用 介绍了现代材料科学中不可或缺的先进表征工具。重点讲解了同步辐射X射线衍射（XRD）在原位应力分析和相变动力学监测中的应用，透射电子显微镜（TEM）对晶界结构、位错构型和析出相形貌的高分辨成像技术。此外，还介绍了聚焦离子束（FIB）对特定区域的精准取样技术，以便进行微纳尺度的力学性能测试。 第三部分：先进金属材料的制造与成形技术 (Advanced Manufacturing and Processing Technologies) 本部分从工艺角度出发，讲解了如何将高性能粉末转化为具有优异性能的宏观构件，特别是针对增材制造和复杂塑性加工。 第七章：金属增材制造过程中的缺陷控制与后处理 聚焦于SLM和L-PBF (Laser Powder Bed Fusion) 工艺。详尽分析了熔池的热循环对最终微观结构的影响，重点研究了再凝固过程中柱状晶的生长方向、枝晶间距（SD) 对疲劳性能的制约。深入探讨了孔隙（如未熔合孔、气孔）的形成机理及其在疲劳裂纹萌生中的角色。详细阐述了热等静压（HIP）和热处理作为关键后处理手段在消除内应力和提高致密性方面的作用。 第八章：超塑性成形与精密锻造技术 讨论了超塑性（Superplasticity）现象在复杂形状构件制造中的应用，包括 $ ext{Zn-Al}$ 合金和特定微结构 $ ext{Ti}$ 合金。分析了实现超塑性的关键条件：晶粒尺寸、晶界能耗和应变速率敏感性指数 $m$ 值。对于精密锻造，重点介绍了多向等通道挤压（MDEC）和旋锻等技术，如何通过控制均匀的塑性变形路径，实现宏观尺寸内晶粒的细化和纤维结构（Fiber Texture）的优化。 第九章：表面工程与功能化制造 本章探讨了如何通过表面改性技术赋予金属部件特定的功能，如耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性。详细介绍了激光熔覆（LMD）技术在复杂曲面修复和功能梯度涂层制备中的优势，以及等离子喷涂和磁控溅射的机理。讨论了离子注入、渗碳/渗氮等热化学扩散过程对表面残余应力场和硬度梯度的影响。 总结与展望 本书的最终目标是促使材料工程师和科研人员超越单一尺度的研究范式，将材料的成分设计、微观结构演化和宏观成形工艺视为一个高度耦合的系统。展望部分将探讨下一代金属材料，如梯度功能材料、形状记忆合金（SMA）的智能响应机制，以及利用人工智能（AI）优化材料性能预测和工艺参数调控的未来发展方向。 目标读者： 材料科学与工程、机械工程、航空航天工程、材料物理等相关专业的高年级本科生、研究生、科研人员以及工业界的材料研发工程师。

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