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出版者:Springer Verlag

作者:Lagoudas, Dimitris C. 编

出品人:

页数:460

译者:

出版时间:2008-7

价格:$ 202.27

装帧:HRD

isbn号码:9780387476841

丛书系列:

图书标签:

• 形状记忆合金
• 智能材料
• 材料科学
• 物理学
• 工程学
• 金属材料
• 相变
• 热激活
• 生物医学应用
• 航空航天

钢与记忆：金属形变的回响 书籍名称： 钢与记忆：金属形变的回响 作者： 艾伦·卡特赖特 (Allan Cartwright) 出版社： 普罗米修斯工程出版社 (Prometheus Engineering Press) 出版年份： 2023年 --- 内容概要 《钢与记忆：金属形变的回响》并非聚焦于特定材料学分支，而是一部宏大的、跨学科的材料工程通史，深入探讨了金属材料在极端环境下的内在反应机制、结构演化及其在现代工程实践中的应用前景。本书的核心论点在于，任何金属的“记忆”或“行为模式”，都根植于其微观晶体结构对外部应力、温度、腐蚀等因素的动态响应能力，而非仅仅是固有的化学组成。 本书分为六个主要部分，层层递进地构建了一个理解金属韧性、疲劳、蠕变及塑性加工的完整框架。 第一部分：晶格的寂静革命（The Silent Revolution of the Lattice） 本部分追溯了晶体结构理论的奠基性工作，重点阐述了位错（Dislocation）理论如何从纯粹的数学抽象演变为描述金属塑性流动的核心物理模型。作者详尽考察了弗兰克-里德（Frank-Read）源机制，并将其置于更广阔的晶界迁移和晶粒细化过程的背景下进行分析。 关键议题包括： 1. 位错的几何学与运动学： 阐述了刃型位错、螺型位错及其混合体的运动路径和相互作用。 2. 晶界工程学基础： 探讨了晶界类型（高角、低角）对材料整体强度的影响，以及利用控制晶粒尺寸实现材料性能优化的早期尝试。 3. 本征韧性与脆性转变： 详细分析了体心立方（BCC）和面心立方（FCC）材料在低温下的韧脆转变温度（DBTT）现象，着重于裂纹萌生和扩展的能量学判据。 第二部分：应力场中的时间维度（The Temporal Dimension in Stress Fields） 这一部分将研究视角从静态结构转向了动态加载过程，探讨了金属在长期、中长期应力作用下性能的退化机制。蠕变（Creep）作为高温下的时间依赖性形变，被置于热力学驱动力的框架内进行考察。 重点内容涵盖： 蠕变的物理模型： 从纳巴罗-赫林（Nabarro-Herring）扩散蠕变到滑移带蠕变，解析了不同温度和应力水平下的主导机制。 疲劳的统计学与微观断裂： 深入分析了S-N曲线的建立基础，以及疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂阶段的微观形貌特征。特别关注了高周疲劳（HCF）与低周疲劳（LCF）在能量耗散上的差异。 应变时效与加工硬化： 描述了冷加工后材料内部应力松弛和新一轮屈服点提高的现象，强调了残余应力在材料长期服役中的隐蔽影响。 第三部分：腐蚀与界面（Corrosion and the Interface） 本书的第三部分跳出了纯粹的力学范畴，将化学环境和界面效应纳入金属性能分析。金属并非孤立存在，其性能的下降往往始于与环境的交互作用。 核心分析点： 1. 电化学腐蚀机理： 阐述了阳极溶解、阴极还原过程在不同介质（酸、碱、盐雾）中的具体表现。 2. 应力腐蚀开裂（SCC）： 结合界面电荷转移和局部应力集中，解释了为什么特定的环境组合会导致材料在远低于其静态屈服强度的载荷下发生灾难性失效。 3. 氢致脆性（HE）： 详尽分析了氢原子如何通过晶界、位错核心等缺陷富集，降低材料的界面结合能，并辅以氢的扩散模型。 第四部分：冶金的艺术——热力学驱动的相变（The Art of Metallurgy: Thermodynamics Driven Phase Transformations） 本部分深入材料的“出生地”，探讨了合金设计和热处理过程对最终宏观性能的决定性作用。这里，时间不再是退化因素，而是结构重构的工具。 关键案例研究： 铁碳合金的演化： 详细解析了奥氏体、铁素体、渗碳体、贝氏体和马氏体的形成路径，强调了冷却速率对碳溶解度和晶体结构的影响。 固溶强化与沉淀强化： 比较了通过向基体中引入不同尺寸的溶质原子（固溶）或形成析出相（沉淀）来阻碍位错运动的两种强化机制的效率与适用范围。 再结晶动力学： 分析了冷加工后，通过加热引发新晶粒形成的驱动力（应变能的降低）和形核/长大过程。 第五部分：极端环境下的结构响应（Structural Response in Extreme Environments） 本部分关注工程实践中材料面临的非常规载荷。这要求读者将前述的微观机制与实际工程设计规范联系起来。 重点探讨： 超塑性（Superplasticity）： 讨论了如何通过极细的晶粒结构（通常小于10微米）和高应变率，使材料表现出接近粘性流体的宏观行为，并分析其对复杂构件成形工艺的意义。 辐照损伤（Irradiation Damage）： 针对核能和空间应用，分析高能粒子（中子、质子）轰击如何产生空位和间隙原子，导致材料的膨胀、脆化和蠕变行为的改变。 冲击载荷下的动态响应： 探讨了材料在极高应变率下的本构关系，如泰勒-瓦尔尼（Taylor-Quinney）模型在描述穿甲和爆炸防护中的应用。 第六部分：跨越边界的工程未来（Engineering Futures Beyond Conventional Limits） 在结语部分，作者将视野投向了材料科学的前沿领域，探讨了如何通过更精细的控制手段来规避材料的固有缺陷，实现性能的突破。 展望性讨论包括： 1. 梯度结构材料： 研究表面层与核心层性能差异化设计，以同时满足耐磨损和高韧性的要求。 2. 先进计算模拟： 介绍分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）在预测新合金性能和理解原子尺度机制中的不可替代性。 3. 周期性结构（如多孔材料）： 探讨通过引入可预测的内部孔隙网络或周期性障碍，实现对弹性模量和吸能特性的精确调控。 --- 目标读者： 材料工程师、机械设计人员、结构分析专家，以及对金属物理与结构演化有浓厚兴趣的资深学生和研究人员。本书力求在严谨的理论推导与丰富的工程实例之间建立起坚实的桥梁。

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