金属力学性能

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出版者:
作者:束德林
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1995-1
价格:22.00元
装帧:平装
isbn号码:9787111046257
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  • 金属材料
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具体描述

现代材料科学前沿:高熵合金的相变、组织与性能调控 本书简介 本书聚焦于当前材料科学领域最受关注、发展最为迅猛的前沿方向之一——高熵合金(High-Entropy Alloys, HEAs)。它并非一本基础性的金属学教科书,而是旨在为深入研究和应用高熵合金提供一个全面、深入且具有高度前沿性的技术参考和理论指导。全书结构严谨,内容涵盖了从基础理论的构建到复杂合金体系的实际设计、制备工艺优化,直至最终性能的表征与调控的全过程。 第一部分:高熵合金的理论基石与设计原理 本部分将高熵合金的独特之处置于传统合金学的宏大背景下进行审视与界定。我们将详细阐述“高熵效应”的本质,探讨熵驱动的热力学稳定机制,并对比分析其与传统单主元合金在相图构建上的根本差异。 1.1 结构与热力学基础: 深入解析高熵合金中固溶体形成的驱动力。重点讨论高混合熵、价电子浓度(Electron Per Atom, EAP)、原子尺寸差异(Atomic Size Difference, $Omega$)和正性剪切模量偏差($delta$)等关键无量纲参数,如何预测和指导单相BCC、FCC或层状结构的形成。内容将涉及统计热力学模型在复杂多组分体系中的应用与局限性。 1.2 缺陷工程与局域结构: 区别于传统合金中对晶格缺陷的简单抑制,本书将高熵合金中独特的局域结构(如短程有序、类晶畴、非周期性结构)视为性能调控的重要工具。详细分析晶格畸变如何影响位错运动、电子输运以及扩散行为。 1.3 计算材料学模拟: 重点介绍密度泛函理论(DFT)计算、分子动力学(MD)模拟和相场模型(Phase-Field)在预测高熵合金中复杂相分离、析出动力学以及界面能方面的最新进展和应用案例。 第二部分:先进的制备工艺与组织控制 高熵合金的性能高度依赖于其微观组织,而组织的形成又与制备过程中的热历史和冷却速率紧密相关。本部分侧重于先进制造技术的应用及其对微结构演变的影响。 2.1 熔炼与凝固控制: 详细探讨真空电弧熔炼(VAR)、快凝技术(如高频感应加热、激光熔覆)在抑制有害相析出、细化晶粒尺寸方面的作用。重点分析不同冷却速率下枝晶生长与溶质偏析的动力学模型。 2.2 粉末冶金与增材制造(AM): 针对SLM/EBM等增材制造技术,深入剖析其在制造高熵合金中的独特优势与挑战。研究激光扫描速度、功率密度对熔池流动、再结晶过程的影响,以及由此导致的宏观残余应力与微观纹理的形成机制。 2.3 后处理与热塑性: 论述固溶处理、时效析出强化、以及热机械协同处理(Thermo-Mechanical Coupling Processing)如何精确调控析出相的类型、尺寸和分布,从而实现硬度、韧性和抗蠕变性能的协同提升。 第三部分:多尺度下的性能表征与机制解析 本部分是全书的核心,深入探讨高熵合金在极端服役条件下所展现出的非凡性能,并从原子尺度解释其背后的物理机制。 4.1 机械性能的非常规表现: 聚焦于高熵合金在室温下的高强度、高韧性组合,尤其关注其在深冷(如液氮温度)和高温下的拉伸、压缩和疲劳行为。详细分析“高熵效应”如何有效抑制孪晶诱导塑性(TWIP)和相变诱导塑性(TRIP)的发生或调控其临界条件。 4.2 耐腐蚀与抗氧化行为: 探讨高熵合金中多种元素协同作用如何构建稳定、致密的钝化膜。通过电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)分析,揭示不同组分对酸、碱溶液中腐蚀动力学的影响规律,特别关注含Cr、Al元素的氧化物稳定性。 4.3 极端温度下的性能与失效: 侧重于高温蠕变、疲劳断裂及辐照损伤的研究。分析高温下扩散路径的复杂性、晶界扩散在蠕变过程中的主导作用,以及高熵合金对中子辐照引起的空位-间隙原子团簇的钉扎效应,探讨其抗辐照损伤的潜力。 4.4 功能性高熵材料: 扩展到磁学、催化和热电材料领域。例如,研究特定组分的高熵铁氧体在微波吸收方面的潜力,或高熵电解质在固态电池中的离子导电机制。 第四部分:前沿应用与未来挑战 本书最后部分将目光投向实际工程应用,并指出当前研究亟待解决的关键科学问题。 5.1 航空航天与能源领域: 展示基于Nb、Hf、Zr等难熔元素开发的高温结构材料(如单晶HEAs、高温CMCs)在涡轮叶片、热防护系统中的潜在应用。 5.2 生物医用材料: 探讨生物相容性良好的Ti-Zr-Nb-Ta等高熵合金在植入体中的应用前景,分析其磨损率、生物活性以及与骨组织的界面结合力。 5.3 面临的挑战: 坦诚讨论高熵合金从实验室走向工业化生产的关键瓶颈,包括成本控制、批次稳定性、标准化的热力学数据缺乏,以及大规模服役性能预测模型的建立等问题。 目标读者: 本书适合材料科学、冶金工程、机械工程等专业的硕士研究生、博士研究生、高校教师以及致力于高熵合金研发和应用的一线工程师和科研人员。阅读本书要求读者具备扎实的金属材料学和基础物理化学知识。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书简直是金属爱好者们的宝藏!它以一种极其生动和富有启发性的方式,打破了我以往对金属力学性能的刻板印象。我原以为这是一本枯燥的教科书,但事实证明我大错特错。作者的文字充满热情,仿佛在与读者进行一场关于金属世界的深度对话。书中关于金属塑性变形的阐述,让我对“韧性”有了更深刻的理解。我一直以为金属弯曲了就是变形了,但书中详细解释了通过位错运动,金属可以在宏观上实现延展,而微观结构却保持着原有的晶格。这就像是变形中的舞蹈,充满着精妙的内在逻辑。我尤其对书中介绍的加工硬化现象印象深刻,原来金属在反复塑性变形后会变得更强,这其中的奥秘就像是金属在经历磨砺后获得了更强大的“意志”。这让我不由自主地思考,我们人类是不是也存在类似的“加工硬化”机制?在面对困难和挑战时,经历挫折和磨砺,最终反而会让我们变得更加坚韧和强大。这种将抽象的科学概念与生活哲理相结合的解读方式,让我觉得这本书不仅是一本技术书籍,更是一本充满智慧的启迪之作。我迫不及待地想深入研究书中关于强化机理的部分,看看人类是否能通过模拟这些自然规律,创造出更出色的金属材料。

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我带着一种混合着好奇和一丝忐忑的心情翻开了这本书,毕竟“力学性能”听起来就与沉重的公式和晦涩的理论紧密相连。然而,从我翻开第一页开始,这种担忧就被彻底打消了。作者用一种极其亲切的语言,将原本高深莫测的金属力学世界展现在我面前。我尤其被书中关于脆性断裂和韧性断裂的对比分析所吸引。我一直以为金属断裂就是突然的、毫无征兆的“啪”的一声,但这本书告诉我,不同的断裂机制有着截然不同的表现形式,脆性断裂就像是玻璃一样瞬间破碎,而韧性断裂则会伴随着明显的塑性变形,在断裂前给出“警告”。书中对裂纹扩展的描述,让我仿佛置身于微观世界,观察着那些细小的裂纹如何如同藤蔓般蔓延,最终吞噬整个材料。我甚至开始反思,我们生活中遇到的很多“突然”的失败,是不是也存在着类似“裂纹”的积累过程,只是我们没有及时发现和干预?这种科学的洞察力,让我觉得读这本书就像是在解锁一种全新的思维方式,用更精细、更具象的方式去理解我们周围的世界。

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这本书的科学性让我感到震撼,但更让我着迷的是它所蕴含的工程师的智慧。书中关于疲劳寿命预测和设计方法的介绍,让我看到了人类在工程设计中是如何将理论知识转化为实践应用的。我被书中关于应力腐蚀开裂的章节深深吸引,原来金属不仅会因为机械载荷而失效,还会因为与环境的相互作用而产生意想不到的破坏。这让我对工业生产中的环境控制和材料防护有了更深的认识。我甚至开始留意生活中遇到的金属制品,想象着它们在怎样的环境下工作,可能面临着怎样的风险,而工程师们又是如何通过精心的设计来规避这些风险的。这本书让我对工程师这个职业充满了敬意,他们是用科学的智慧守护着我们生活的安全和便利。

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这本书带来的惊喜,远不止于我对金属性能的认知。它让我开始从一个全新的角度审视材料科学的宏伟图景。我一直觉得金属就是金属,木头就是木头,但这本书却让我看到了它们之间在微观结构上的深层联系,以及如何通过调控这些结构来改变材料的宏观表现。书中关于相变和马氏体转变的讲解,虽然涉及一些专业术语,但作者通过生动的类比,比如将原子比作乐高积木,让我能够轻松理解不同相态下的原子排列方式,以及这些排列方式如何影响金属的强度和韧性。我最喜欢的是关于热处理章节的描述,原来通过“淬火”和“回火”这些看似简单的操作,就能让金属的性能发生翻天覆地的变化。这让我联想到中国古代的“铸剑术”,原来那些传奇般的兵器,其精湛的技艺背后,蕴含着如此深刻的材料学原理。这本书让我对古代工匠的智慧有了更深的敬意,也让我看到了人类对材料探索的悠久历史。

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我一直觉得“金属”是一个非常静态的概念,直到我读了这本书,我才意识到金属世界是多么的动态和复杂。书中关于金属晶界的描述,让我看到了金属内部的“缝隙”是如何影响其整体性能的。原来,晶界是金属中相对薄弱的环节,更容易发生裂纹的萌生和扩展。这就像是人体的关节,虽然是身体不可或缺的一部分,但也是最容易受伤的地方。书中关于晶粒细化对提高金属强度和韧性的作用,让我看到了通过微观结构的调控,可以获得性能更优越的金属材料。这让我联想到“精雕细琢”这个词,原来金属的性能提升,也需要如此精细的“打磨”。我还会思考,在生活中,我们是否也应该关注那些“晶界”般容易被忽略但却至关重要的环节,及时进行“细化”和“加固”,以避免潜在的风险。

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这本书让我对“强度”和“韧性”这两个词有了全新的理解。我以前总以为强度越高越好,但这本书告诉我,过高的强度往往伴随着较低的韧性,而这在许多应用场景下是危险的。书中关于断裂韧性的概念,让我认识到,材料在存在裂纹的情况下,抵抗裂纹扩展的能力同样重要。我被书中关于不同合金钢的断裂韧性对比所吸引,原来即使是同一种金属,通过不同的成分和热处理方式,其韧性也会有天壤之别。这让我开始思考,我们在选择材料时,不能只看单一的指标,而是要综合考虑各种因素,找到最适合特定应用场景的“平衡点”。这种对材料性能的辩证理解,让我觉得非常受用。

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这本书给我带来了全新的视角,让我对日常生活中那些司空见惯的金属制品有了前所未有的敬畏。我一直以为金属就是坚固、耐用,但这本书却深入浅出地揭示了它们在微观层面是如何表现出这些特性的。例如,书中对晶体结构和位错理论的讲解,虽然我不是专业人士,但作者巧妙的比喻和图示,让我仿佛亲眼看到了金属内部的“战士”——位错,它们是如何在受到外力时移动、增殖,最终导致金属发生形变的。我特别喜欢书中关于疲劳断裂的章节,原来那些看似坚不可摧的金属构件,在日复一日的应力循环下,也会像人一样“疲惫”,出现细微的裂纹,然后悄无声息地扩张,直到最终的崩塌。这让我联想到生活中许多工程事故的报道,顿时觉得书中知识的价值非凡,远不止于纸面上的理论。我甚至开始留意身边桥梁、建筑、汽车的金属部件,想象着它们内部正在经历怎样的“金属交响乐”。这本书不仅充实了我的知识储备,更激发了我对工程技术的好奇心,让我明白,每一次安全的出行,每一次宏伟建筑的屹立,都离不开对金属力学性能的深刻理解和精湛运用。我还会推荐给对材料科学、机械工程感兴趣的朋友,相信他们也能从中获得不少启发。

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这本书最大的魅力在于,它将抽象的物理和化学原理,转化为生动、具体的金属行为表现。我原以为金属就是死气沉沉的物质,但这本书让我看到了金属的“生命力”。书中关于金属的强化机制,比如固溶强化、位错强化、沉淀强化等,让我觉得金属就像是一个拥有各种“内在武器”的战士,它们通过不同的方式来抵抗外来的侵袭。我尤其对书中关于形变强化和相变强化在提升材料性能方面的作用印象深刻。这让我联想到人类自身的成长,也是在不断地经历“形变”和“挑战”,最终变得更加强大。这本书让我觉得,金属的世界,其实与我们人类的世界,有着许多共通的智慧和规律。

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这本书的语言风格非常独特,它没有那种陈词滥调的学术腔调,而是用一种更加直接、更加生活化的方式来阐述复杂的科学概念。我尤其喜欢书中关于金属的“记忆效应”的介绍,原来一些特殊的合金,在经过形变后,可以通过加热的方式“恢复”到原来的形状。这简直就像是给金属注入了“生命”,让它们拥有了“记忆”和“自主恢复”的能力。这让我不禁思考,如果人类也能拥有类似的“记忆恢复”能力,那该有多好?书中还详细介绍了金属在高温环境下的力学行为,比如高温蠕变和氧化腐蚀,这让我对航空航天、核能等极端环境下的材料应用有了更直观的认识。我甚至开始想象,那些在太空深处或核反应堆内部工作的金属部件,需要承受多么严苛的考验,而它们之所以能胜任,离不开背后精妙的材料设计和力学性能的保证。

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我一直对工程领域充满好奇,而这本书无疑为我打开了一扇通往金属世界的大门。它不仅仅是一本关于金属力学性能的书,更是一部关于材料智慧的百科全书。书中关于应力集中和疲劳寿命的分析,让我深刻理解了设计中的安全裕度和失效分析的重要性。我甚至开始将书中的概念应用到生活中,比如观察家里的金属工具,想象着它们在承受不同载荷时,内部的应力分布是怎样的。书中关于蠕变现象的讲解,也让我大开眼界,原来即使在常温下,某些金属在长时间承受恒定载荷后,也会发生缓慢而持续的变形,这就像是金属在“不动声色”地“老化”。这让我对长期服役的桥梁、管道等工程结构有了更深的担忧和理解。这本书的价值在于,它不仅教会了我“是什么”,更让我思考了“为什么”以及“如何避免”。它让我在享受现代科技带来的便利的同时,也多了一份对背后科学原理的敬畏。

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清晰基础,宜对照英文学习

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