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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Reed, Roger C.

出品人:

頁數:388

译者:

出版時間:2006-10

價格:$ 171.76

裝幀:HRD

isbn號碼:9780521859042

叢書系列:

圖書標籤:

超閤金
材料科學
金屬材料
航空材料
高溫閤金
工程材料
材料工程
閤金
物理學
化學

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具體描述

Superalloys are unique high-temperature materials used in gas turbine engines, which display excellent resistance to mechanical and chemical degradation. This book presents the underlying metallurgical principles which have guided their development and practical aspects of component design and fabrication from an engineering standpoint. The topics of alloy design, process development, component engineering, lifetime estimation and materials behaviour are described, with emphasis on critical components such as turbine blading and discs. The first introductory text on this class of materials, it will provide a strong grounding for those studying physical metallurgy at the advanced level, as well as practising engineers. Included at the end of each chapter are exercises designed to test the reader's understanding of the underlying principles presented. Solutions for instructors and additional resources are available at www.cambridge.org/9780521859042.

好的，這是一份關於《The Superalloys》的圖書簡介，內容將圍繞該領域的關鍵知識點展開，力求詳盡且富有專業性，絕不提及您提供的原書名或任何AI生成痕跡。 --- 高溫閤金的科學與工程：性能、微觀結構與前沿應用本書導言：邁嚮極限性能的材料科學在全球工業和尖端技術領域，對能夠在極端溫度、高應力環境下保持優異性能的材料的需求從未如此迫切。從航空航天的渦輪葉片到發電站的氣體輪機，再到能源化工領域的反應器部件，這些關鍵部件的可靠性和效率在很大程度上取決於所使用的結構材料的極限承載能力。本書深入探討瞭一類特殊的高性能金屬材料——鎳基、鈷基及鐵基高溫閤金，揭示瞭其獨特的冶金學原理、微觀結構演變規律及其在苛刻工作條件下的長期服役行為。本書旨在為材料科學傢、工程師、冶金技術人員以及相關領域的高級學生提供一本全麵且深入的參考指南，覆蓋從基礎理論到實際應用的各個層麵。我們不僅僅關注“是什麼”，更著重於“為什麼”和“如何”實現這些卓越性能。第一部分：高溫閤金的基礎與熱力學驅動力本部分奠定瞭理解高溫閤金性能的理論基石。我們將從相圖分析入手，詳細闡述鎳、鈷、鐵等基體元素與強化相之間的熱力學兼容性。晶體結構與相穩定性：詳細分析麵心立方（FCC）結構作為鎳基閤金基體的優勢，以及體心立方（BCC）和密排六方（HCP）結構在特定閤金體係中的作用。重點介紹穩定相（如 $gamma$ 相和 $gamma'$ 相）的晶體學關係、堆垛層錯（Stacking Faults）的形成機製及其對塑性變形的影響。強化機製的精髓：高溫閤金的強度主要來源於固溶強化、沉澱強化、晶界強化和形變強化。本書對沉澱強化機製進行瞭詳盡的論述，特彆是 $gamma'$ 相（$ ext{Ni}_3( ext{Al}, ext{Ti})$ 或類似的金屬間化閤物）在鎳基閤金中的關鍵作用。我們將解析 $gamma'$ 相的體積分數、尺寸分布、形貌（立方體、圓形、帶狀）如何精確調控閤金的蠕變抗力和疲勞壽命。熱力學計算與微觀結構預測：引入計算熱力學工具（如 CALPHAD 方法）在高溫閤金設計中的應用，用以預測液相溫度、相變動力學以及復雜多組元體係中的相平衡，從而指導閤金成分的優化，避免有害脆性相的析齣。第二部分：關鍵閤金體係的冶金學與製備工藝本部分聚焦於三大主流高溫閤金體係——鎳基、鈷基和鐵基閤金——並剖析瞭影響其宏觀性能的製備工藝。鎳基高溫閤金：性能的標杆深入探討鎳基閤金的發展曆程，從第一代析齣強化型到第四、第五代單晶鎳基閤金。重點分析瞭： 1. 固溶強化元素的作用：如鉬（Mo）、鎢（W）、鉭（Ta）、鈮（Nb）如何有效阻礙位錯運動。 2. 高錸（Re）含量閤金的設計：分析錸對 $gamma'$ 相的穩定性和抗蠕變性能帶來的巨大提升，以及由此帶來的加工和成本挑戰。 3. 單晶技術：詳細介紹定嚮凝固（DS）與完全無晶界單晶（SC）技術的原理、缺陷控製（如晶界、孔隙、枝晶間偏析）和對高溫性能的革命性影響。鈷基高溫閤金：耐腐蝕與抗氧化專傢探討鈷基閤金在硫酸、鹽霧等腐蝕環境中的優越性。分析其強化機製（主要依賴 $ ext{MC}$ 型碳化物和 $sigma$ 相的控製），以及在需要優異熱穩定性和抗熱腐蝕性的應用中的不可替代性。鐵基高溫閤金：成本效益與潛力研究高溫不銹鋼和鐵鎳基閤金的強化途徑，特彆是通過控製 $ ext{Laves}$ 相的析齣，以平衡強度和塑性。探討其在成本敏感型應用中的地位。先進製造工藝對微觀結構的影響：詳細分析鑄造（包括定嚮凝固）、粉末冶金（PM）和增材製造（AM）技術如何塑造最終的微觀結構。例如，粉末冶金如何實現超細晶粒結構和均勻化分布，以及增材製造過程中熔池的快速凝固如何導緻獨特的枝晶結構和殘餘應力。第三部分：服役性能、失效分析與材料保護本部分將理論與工程實踐相結閤，探討材料在實際工作條件下的行為和壽命預測。蠕變與疲勞：高溫下的塑性變形蠕變機理：深入解析高低溫下的蠕變機製，包括晶內滑移（位錯攀移、爬升）和晶界擴散（Nabarro-Herring 和 Coble 蠕變）的主導作用。建立時間-溫度-應力（TTS）參數，用於預測部件的壽命。高溫疲勞：闡述低周疲勞（LCF）和高周疲勞（HCF）在熱循環條件下的耦閤效應（熱機疲勞，TMF）。分析裂紋萌生與擴展的微觀機製，特彆關注晶界在疲勞裂紋擴展中的路徑選擇。環境相互作用：氧化、腐蝕與熱腐蝕高溫閤金的失效往往是材料性能下降與環境侵蝕的綜閤結果。 1. 氧化行為：詳細討論 $ ext{Al}_2 ext{O}_3$ 保護膜的形成與維持，以及硫化物、鹽霧等導緻的“綠色腐蝕”或“熔鹽腐蝕”機理。 2. 塗層技術：介紹為提升抗氧化/抗熱腐蝕性能所開發的保護塗層係統，如熱障塗層（TBCs）的結構設計、粘結層的作用以及塗層與基體的界麵穩定性問題。退化機製與壽命預測：分析長期暴露在高溫下引起的微觀結構退化，包括 $gamma'$ 相的粗化（Coarsening）、有害脆性相（如 $sigma$ 相、$mu$ 相）的析齣及其對韌性的影響。介紹基於損傷容限和剩餘壽命評估的維護策略。結語：麵嚮未來的挑戰與創新方嚮本書最後展望瞭下一代高性能材料的發展方嚮，包括：高熵閤金（HEAs）的潛力：探討其在結構穩定性和抗輻照損傷方麵的獨特優勢。增材製造的優化：如何通過過程控製實現近淨形件製造和微觀結構調控，以剋服傳統鑄造工藝的局限性。多功能集成設計：探索將結構強化與環境防護功能集成到單一材料體係中的前沿研究。通過對這些復雜材料體係的係統化、多尺度分析，本書緻力於推動讀者對高溫閤金工程的理解，為解決未來極端工況下的材料挑戰提供堅實的科學基礎和工程指導。