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出版者:中国标准

作者:本社

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页数:0

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价格:220.00元

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isbn号码:9787506647472

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冶金工程领域的权威参考：材料科学与工程基础 本书简介 《冶金工程领域的权威参考：材料科学与工程基础》是一部全面而深入的学术著作，旨在为冶金学、材料科学、机械工程以及相关工业领域的专业人士和高级学生提供一个坚实而系统的理论框架和实践指导。本书聚焦于材料的本征属性、宏观行为、微观结构控制及其在实际工程应用中的性能表现，力求构建一座连接基础科学原理与尖端工程技术的桥梁。 本书的结构设计体现了从宏观到微观、从理论到应用的逻辑递进。全书共分为五个主要部分，涵盖了冶金和材料工程的核心知识体系。 --- 第一部分：材料科学基础与晶体结构 本部分奠定了理解所有工程材料行为的基础。我们首先回顾了化学键的本质及其对材料宏观性能（如熔点、硬度、导电性）的决定性影响。随后，深入探讨了晶体结构学，这是理解金属、陶瓷和聚合物特性的关键。 核心内容包括： 1. 原子结构与周期性： 详细分析了晶格常数、晶面指数（米勒指数）的确定方法，以及不同晶体结构（面心立方FCC、体心立方BCC、密排六方HCP）的几何特征及其对塑性形变能力的影响。 2. 晶体缺陷理论： 对点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）进行了详尽的阐述。特别是对位错理论的讨论，结合 Burgers 矢量和滑移系的分析，为理解金属的塑性加工提供了理论支撑。我们着重分析了位错运动、交滑移、缠结如何影响材料的屈服强度和加工硬化。 3. 非晶态材料概述： 对玻璃、高分子材料中的无序结构进行了初步探讨，对比了晶态与非晶态材料在热力学和动力学行为上的差异。 --- 第二部分：热力学、相图与动力学 材料的组织结构和最终性能在很大程度上由其热力学稳定性和演变动力学决定。本部分将冶金热力学和相变动力学融入到材料工程的实践中。 核心内容包括： 1. 冶金热力学基础： 详细介绍了吉布斯自由能、化学势的概念，以及在高温合金制备过程中化学反应平衡的计算方法。讨论了活度、偏差系数及其在熔体精炼和脱氧过程中的应用。 2. 相图解析与应用： 全面覆盖了一元、二元（如Fe-C体系的简化解读）、三元相图的绘制与读取。重点分析了共晶、共熔、固溶体区间以及相变过程中体积收缩/膨胀的预测。对于实际合金设计，如确定固相线温度和液相温度，提供了精确的计算模型。 3. 扩散理论： 深入讲解了菲克第一和第二定律，分析了扩散激活能、扩散路径（晶内、晶界、短程扩散）对反应速率的影响。特别是对高温氧化、渗碳、渗氮等表面工程过程中的固态扩散机制进行了量化分析。 --- 第三部分：材料的机械性能与本构关系 本部分专注于量化描述材料如何响应外部载荷，并探讨了如何通过微观结构控制来优化这些性能。 核心内容包括： 1. 弹性与塑性： 详细阐述了胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比的测量与计算。塑性变形部分，结合位错运动，深入分析了加工硬化、应变时效、以及应力松弛现象。 2. 强度、硬度与韧性： 系统介绍了各种强度测试方法（拉伸、压缩、扭转）及其对应的应力-应变曲线分析。对Hall-Petch关系、Taylor因子等宏观指标与微观结构（晶粒度、第二相粒子）的定量关联进行了深入推导。 3. 疲劳与断裂力学： 疲劳部分涵盖了S-N曲线的构建、高周/低周疲劳的机理分析，以及裂纹萌生与扩展的物理过程。断裂力学部分，重点介绍线弹性断裂力学（Griffith理论、Paris定律），并对断裂韧度($K_{IC}$)的实验测定方法进行了详尽指导。 4. 蠕变与高温性能： 探讨了高温下时间依赖性变形的机制，包括Nabarro-Herring蠕变和Coble蠕变，以及Norton指数在预测长期服役寿命中的应用。 --- 第四部分：微观结构控制与热处理工艺 本部分是连接理论与工业实践的核心环节，详细介绍了如何通过热处理精确调控材料的微观结构，从而实现性能的最优化。 核心内容包括： 1. 铁基合金的热处理： 详尽解析了钢和铸铁中的奥氏体化、贝氏体转变、马氏体转变的动力学和形貌控制。重点讨论了淬火、回火、正火等基本工艺，以及亚共析钢、过共析钢的加热和冷却速率曲线（TTT和CCT图）的实际应用。 2. 固溶处理与析出强化： 针对铝合金、镍基高温合金等非铁合金，系统阐述了固溶处理对溶解杂质和形成过饱和固溶体的作用，以及后续时效处理中析出相（如$gamma'$相）的形核、长大机制及其对强度的贡献。 3. 晶粒细化技术： 除了传统的晶粒控制外，本书还引入了现代晶粒细化方法，如SPD（严重塑性变形）技术对超细晶粒（UFG）材料的制备及其特殊的力学行为。 4. 表面工程技术： 概述了渗碳、渗氮、碳氮共渗等热化学处理过程的扩散模型，旨在提高材料表面的耐磨性和抗疲劳性能。 --- 第五部分：先进材料与功能性概述 最后一部分将视角扩展到新兴材料领域，展示了材料科学在现代高技术领域中的前沿应用。 核心内容包括： 1. 复合材料设计原理： 重点分析了层状、颗粒增强和纤维增强复合材料的介观力学模型（如混合律、Reuss/Voigt模型），以及界面对整体性能的控制作用。 2. 功能材料导论： 简要介绍了半导体材料的能带结构、压电材料的电场响应、以及磁性材料的畴壁运动原理。这部分旨在为跨学科研究打下基础。 3. 材料的腐蚀与防护： 系统阐述了电化学腐蚀的机理（如析氢、析氧过程），并探讨了缓蚀剂、牺牲阳极保护、以及惰性涂层在极端环境下的应用。 --- 本书特点 本书不仅是理论的汇集，更是工程计算和案例分析的典范。每章末尾均附有大量的习题，结合了真实工业数据，要求读者运用所学公式进行量化分析。全书采用了清晰的图表、精确的数学推导和现代的材料表征技术（如SEM/TEM图像的解读），确保了内容的严谨性和前瞻性。它适用于所有希望深入理解工程材料“为什么这样表现”的工程师和研究人员。

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