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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Reed, Roger C.

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 171.76

装帧:HRD

isbn号码:9780521859042

丛书系列:

图书标签:

超合金
材料科学
金属材料
航空材料
高温合金
工程材料
材料工程
合金
物理学
化学

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具体描述

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，这是一份关于《The Superalloys》的图书简介，内容将围绕该领域的关键知识点展开，力求详尽且富有专业性，绝不提及您提供的原书名或任何AI生成痕迹。 --- 高温合金的科学与工程：性能、微观结构与前沿应用本书导言：迈向极限性能的材料科学在全球工业和尖端技术领域，对能够在极端温度、高应力环境下保持优异性能的材料的需求从未如此迫切。从航空航天的涡轮叶片到发电站的气体轮机，再到能源化工领域的反应器部件，这些关键部件的可靠性和效率在很大程度上取决于所使用的结构材料的极限承载能力。本书深入探讨了一类特殊的高性能金属材料——镍基、钴基及铁基高温合金，揭示了其独特的冶金学原理、微观结构演变规律及其在苛刻工作条件下的长期服役行为。本书旨在为材料科学家、工程师、冶金技术人员以及相关领域的高级学生提供一本全面且深入的参考指南，覆盖从基础理论到实际应用的各个层面。我们不仅仅关注“是什么”，更着重于“为什么”和“如何”实现这些卓越性能。第一部分：高温合金的基础与热力学驱动力本部分奠定了理解高温合金性能的理论基石。我们将从相图分析入手，详细阐述镍、钴、铁等基体元素与强化相之间的热力学兼容性。晶体结构与相稳定性：详细分析面心立方（FCC）结构作为镍基合金基体的优势，以及体心立方（BCC）和密排六方（HCP）结构在特定合金体系中的作用。重点介绍稳定相（如 $gamma$ 相和 $gamma'$ 相）的晶体学关系、堆垛层错（Stacking Faults）的形成机制及其对塑性变形的影响。强化机制的精髓：高温合金的强度主要来源于固溶强化、沉淀强化、晶界强化和形变强化。本书对沉淀强化机制进行了详尽的论述，特别是 $gamma'$ 相（$ ext{Ni}_3( ext{Al}, ext{Ti})$ 或类似的金属间化合物）在镍基合金中的关键作用。我们将解析 $gamma'$ 相的体积分数、尺寸分布、形貌（立方体、圆形、带状）如何精确调控合金的蠕变抗力和疲劳寿命。热力学计算与微观结构预测：引入计算热力学工具（如 CALPHAD 方法）在高温合金设计中的应用，用以预测液相温度、相变动力学以及复杂多组元体系中的相平衡，从而指导合金成分的优化，避免有害脆性相的析出。第二部分：关键合金体系的冶金学与制备工艺本部分聚焦于三大主流高温合金体系——镍基、钴基和铁基合金——并剖析了影响其宏观性能的制备工艺。镍基高温合金：性能的标杆深入探讨镍基合金的发展历程，从第一代析出强化型到第四、第五代单晶镍基合金。重点分析了： 1. 固溶强化元素的作用：如钼（Mo）、钨（W）、钽（Ta）、铌（Nb）如何有效阻碍位错运动。 2. 高铼（Re）含量合金的设计：分析铼对 $gamma'$ 相的稳定性和抗蠕变性能带来的巨大提升，以及由此带来的加工和成本挑战。 3. 单晶技术：详细介绍定向凝固（DS）与完全无晶界单晶（SC）技术的原理、缺陷控制（如晶界、孔隙、枝晶间偏析）和对高温性能的革命性影响。钴基高温合金：耐腐蚀与抗氧化专家探讨钴基合金在硫酸、盐雾等腐蚀环境中的优越性。分析其强化机制（主要依赖 $ ext{MC}$ 型碳化物和 $sigma$ 相的控制），以及在需要优异热稳定性和抗热腐蚀性的应用中的不可替代性。铁基高温合金：成本效益与潜力研究高温不锈钢和铁镍基合金的强化途径，特别是通过控制 $ ext{Laves}$ 相的析出，以平衡强度和塑性。探讨其在成本敏感型应用中的地位。先进制造工艺对微观结构的影响：详细分析铸造（包括定向凝固）、粉末冶金（PM）和增材制造（AM）技术如何塑造最终的微观结构。例如，粉末冶金如何实现超细晶粒结构和均匀化分布，以及增材制造过程中熔池的快速凝固如何导致独特的枝晶结构和残余应力。第三部分：服役性能、失效分析与材料保护本部分将理论与工程实践相结合，探讨材料在实际工作条件下的行为和寿命预测。蠕变与疲劳：高温下的塑性变形蠕变机理：深入解析高低温下的蠕变机制，包括晶内滑移（位错攀移、爬升）和晶界扩散（Nabarro-Herring 和 Coble 蠕变）的主导作用。建立时间-温度-应力（TTS）参数，用于预测部件的寿命。高温疲劳：阐述低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）在热循环条件下的耦合效应（热机疲劳，TMF）。分析裂纹萌生与扩展的微观机制，特别关注晶界在疲劳裂纹扩展中的路径选择。环境相互作用：氧化、腐蚀与热腐蚀高温合金的失效往往是材料性能下降与环境侵蚀的综合结果。 1. 氧化行为：详细讨论 $ ext{Al}_2 ext{O}_3$ 保护膜的形成与维持，以及硫化物、盐雾等导致的“绿色腐蚀”或“熔盐腐蚀”机理。 2. 涂层技术：介绍为提升抗氧化/抗热腐蚀性能所开发的保护涂层系统，如热障涂层（TBCs）的结构设计、粘结层的作用以及涂层与基体的界面稳定性问题。退化机制与寿命预测：分析长期暴露在高温下引起的微观结构退化，包括 $gamma'$ 相的粗化（Coarsening）、有害脆性相（如 $sigma$ 相、$mu$ 相）的析出及其对韧性的影响。介绍基于损伤容限和剩余寿命评估的维护策略。结语：面向未来的挑战与创新方向本书最后展望了下一代高性能材料的发展方向，包括：高熵合金（HEAs）的潜力：探讨其在结构稳定性和抗辐照损伤方面的独特优势。增材制造的优化：如何通过过程控制实现近净形件制造和微观结构调控，以克服传统铸造工艺的局限性。多功能集成设计：探索将结构强化与环境防护功能集成到单一材料体系中的前沿研究。通过对这些复杂材料体系的系统化、多尺度分析，本书致力于推动读者对高温合金工程的理解，为解决未来极端工况下的材料挑战提供坚实的科学基础和工程指导。