具体描述
本书涵盖了专业改革前的“流体力学”、“传热学”及“传质学”课程的内容。系统而全面地从动量、热量及质量传输观点，阐述了流体流动过程、传热过程以及传质过程的基本理论，并结合科学发展前沿及最新技术介绍了它们在材料中工及冶金工程实践中的主要应用。
材料加工冶金过程中的三种传输是相互关联、相互制约及相互影响的。本书从物理和数学上阐明动量、热量和质量传递之间的相似性，用统一的和对照的方法研究三种传输过程，以加深对三种传输过程的理解。全书各章中均附有一定数量的例题和习题，以加各章中均附有一定数量的例题和习题，以帮助读者对内容的理解和运用，书末附有必要数据资料的附录。
本书可作为材料加工工程、材料成形及控制工程、材料学、热能工程及冶金等专业的本科生教材，也可供从事此专业的研究生及其它科学技术人员参考。
机械制造工艺与材料科学前沿探索：从微观结构到宏观性能的深度解析 本书旨在为工程技术人员、材料科学家以及相关专业的研究生提供一部涵盖现代机械制造、材料加工与表面工程领域前沿知识的深度参考资料。不同于传统的材料学或冶金学教科书，本书聚焦于先进制造技术如何重塑材料性能，以及材料内在结构如何决定其在复杂制造过程中的表现。全书内容紧密围绕“制造-材料-性能”三位一体的相互作用展开，力求构建一个多尺度、多物理场耦合的分析框架。 本书共分六个核心部分，详尽阐述了从基础理论到实际应用的各个关键环节。 --- 第一部分：先进制造工艺的物理基础与模拟技术（约 300 字） 本部分深入探讨了现代精密制造过程中涉及的物理现象及其数值模拟方法。我们摒弃了对传统铸造和锻造的宏观描述，转而关注增材制造（Additive Manufacturing, AM）、高能束加工和超塑性成形等新兴技术中的热-力-冶金耦合问题。 重点解析了激光熔化过程中液态金属的流动稳定性、固化过程中的枝晶生长控制，以及残余应力的演化机制。书中详述了有限元法（FEM）和计算流体力学（CFD）在模拟复杂几何形状零件制造过程中的应用，特别是针对高导热、高反应活性材料（如镍基高温合金和钛合金）的热循环控制策略。此外，还引入了相场模型（Phase-Field Models）来精确描述微观组织演变，如晶界迁移和析出物的形成动力学。本部分强调，理解和预测这些瞬态过程中的物理场分布，是实现“第一次就成功”（First-Time-Right）制造的关键。 --- 第二部分：功能梯度材料（FGMs）的制备与性能调控（约 350 字） 功能梯度材料因其材料性能沿空间连续变化的特性，在极端服役环境下展现出优异的性能。本部分系统梳理了制备FGMs的主流技术，包括粉末冶金热压结合（HIP/HP）、定向凝固以及原位反应合成法。 详细讨论了如何通过精确控制粉末配比梯度或冷却速率梯度，来实现材料的力学性能、热物理性能或电磁性能的梯度分布。书中重点分析了梯度结构对界面粘结强度和热冲击抗性的影响。我们用大量的实验数据和理论模型，阐释了在梯度界面区域，应力集中和微观缺陷（如孔隙和未完全熔合区域）的形成规律。例如，针对航空发动机叶片的热障涂层系统，本书提出了基于微观孔隙率梯度的寿命预测模型，该模型考虑了应力松弛和蠕变过程中的梯度效应，为设计更可靠的梯度功能结构提供了理论支撑。 --- 第三部分：表面工程与极端环境下的材料失效机制（约 300 字） 本部分聚焦于材料的表面改性技术及其在苛刻工作环境中的可靠性问题。我们深入探讨了等离子体浸入离子注入（PIII）、磁控溅射和化学气相沉积（CVD）等先进薄膜制备技术。 核心内容在于揭示这些表面处理如何改变材料的摩擦学行为（Tribology）和抗腐蚀性能。书中通过原位拉伸/磨损测试，分析了硬质涂层在基体材料塑性变形下的剥落和开裂模式。尤其关注了在高温、高应力耦合作用下的蠕变-疲劳协同损伤。此外，对超疏水表面的制备原理进行了探讨，阐述了表面粗糙度（如Wenzel和Cassie状态）如何通过纳米结构控制水滴接触角，并进而影响冰附着力和生物相容性。 --- 第四部分：先进连接技术与异种材料的界面控制（约 300 字） 在复杂的机械系统中，不同材料间的连接是结构完整性的重要环节。本部分摒弃了传统的螺栓连接，转而研究扩散连接（Diffusion Bonding）、搅拌摩擦焊（FSW）以及超声波辅助连接等固态连接技术。 书中详细分析了在这些连接过程中，界面处的原子扩散路径、相变行为以及界面脆性相的形成抑制。针对铝合金与钢之间的连接难题，我们提出了基于薄缓冲层设计的策略，利用中间合金层的塑性变形能力来吸收热膨胀失配引起的应力。理论模型着重于计算连接温度、保压时间和扩散层厚度对最终接头剪切强度和韧性的定量影响，为实现轻量化结构的高效连接提供了坚实的科学基础。 --- 第五部分：计算材料科学在材料设计中的应用（约 200 字） 本部分探讨了如何利用计算工具来加速新材料和新工艺的研发。不同于专注于单个尺度的模拟，本书强调多尺度建模的集成应用。 内容涵盖了从第一性原理计算（DFT）预测材料的本征电子结构和缺陷能级，到蒙特卡洛模拟（Monte Carlo）预测宏观性能的随机性。重点介绍了如何将微观尺度的晶体塑性模型（Crystal Plasticity Models）集成到结构分析的有限元框架中，从而实现对复杂载荷下材料宏观应变场和裂纹扩展路径的精确预测。这部分内容为材料的理性设计和过程优化提供了强大的理论工具。 --- 总结与展望 本书力求全面、深入地覆盖现代制造技术与材料行为之间的复杂关联。它不仅是理论研究的基石，更是面向实际工程挑战的实用指南。通过对这些前沿领域的系统梳理，我们期望读者能够掌握从微观尺度调控到宏观性能实现的全过程设计能力。本书不涉及材料的电阻、电导率的传输机理在常规导体中的应用，也不侧重于传统热力学平衡态的相图绘制，而是将焦点完全置于材料在动态加工过程中所经历的结构演变及其对最终服役性能的决定性影响上。
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