Heat Transfer in Materials Forming Processes pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Battaglia, Jean-Luc

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2008-9

价格:£ 116.00

装帧:

isbn号码:9781848210523

丛书系列:

图书标签:

热传递
材料成形
塑性加工
金属成形
数值模拟
有限元分析
传热学
制造工程
工艺参数
热力耦合

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具体描述

This book presents the resolution of thermal problems in various processes of working material such as molding, cutting, welding, or grinding. Two steps are presented for each type of application. The first is analytical, leading to general solutions that are well-adapted to the needs for the engineer at the time of the first dimensioning of the processes. This approach also provides tools for fast analysis with respect to the contribution of each transfer in a total assessment. The second approach is based on the finite element method. This method makes it possible to solve each problem with greater precision but at the price of an implementation longer and more expensive, thus providing the reader with the advantages and disadvantages of the different approaches, so that they can make a more informed decision when applying these methods. The inclusion of practical exercises and solutions also allows the reader to enrich their understanding by applying their knowledge to real-life cases.

现代材料加工中的热力学与动力学前沿：冶金与固相反应的精微控制本书汇集了当代材料科学、冶金工程与先进制造领域中，关于固相反应、微观结构演化及其热力学驱动力的最新研究成果与深刻见解。它并非聚焦于经典的传热学在塑性变形过程中的应用，而是深入探讨了在极端温度、高应变率及复杂化学势梯度驱动下，材料内部原子尺度行为的宏观体现。第一部分：热力学驱动与相变动力学基础本部分奠定了理解材料在非平衡态下行为的理论框架。我们首先重新审视了吉布斯自由能的局部表征，特别是在具有高比表面能的纳米结构或晶界附近。第一章：非均匀体系的化学势与驱动力分析重点讨论了在温度梯度和应力场耦合作用下，化学势如何成为相变和扩散过程的主要驱动力。引入了基于朗之万动力学和相场模型的描述方法，用以精确预测晶界迁移速率和析出相的形核尺寸。详细分析了偏摩尔量在多组分合金体系中的计算策略，特别是对于弥散强化相和高温氧化层的稳定边界的界定。第二章：固态扩散的非经典机制与超塑性深入探讨了在低温度梯度或高应力作用下，扩散路径的改变。内容涵盖了快速扩散通道（如晶界、位错线）的定量描述，并引入了“雪崩式”扩散模型，以解释某些金属在特定应力状态下的瞬态高扩散速率。对超塑性变形中晶界滑移的能量学阈值进行了严格推导，阐明了晶界松弛与扩散平衡在维持稳定塑性流动中的关键作用。第三章：高温固相反应的动力学限制本章关注高温下，不同固相间界面的反应速率。探讨了反应界面能、应力松弛时间与化学反应速率常数之间的耦合关系。引入了基于菲克第二定律的修正形式，用于描述由于界面粗糙化或反应物消耗引起的动力学钝化效应。特别分析了在惰性气氛或真空环境下，氧化物或氮化物形成过程中的传质限制。第二部分：先进冶金过程中的微观结构控制本部分将理论框架应用于实际的先进冶金与粉末冶金过程，关注如何通过精确控制热-化学环境来定制材料性能。第四章：烧结过程中的致密化与晶粒生长耦合烧结被重新审视为一个多物理场耦合问题，其中表面能的降低、晶界迁移和孔隙流体的热驱动扩散是核心机制。本章详细分析了压力辅助烧结（如热等静压，HIP）中，应力梯度如何影响颈部形成与孔隙的连通性。内容包括了对微孔结构演化的拉普拉斯压力模型修正，以及如何利用非均匀升温曲线来抑制异常晶粒长大，从而获得均匀细晶结构。第五章：凝固过程中的枝晶生长与偏析控制着重于液-固界面上的传质与热量重新分配。本书不侧重于宏观冷却速率，而是聚焦于枝晶尖端处的溶质扩散边界层。引入了基于非平衡态热力学对偏析系数的修正，解释了在快速凝固（如激光熔覆）中，由于冷却速率的极高变化，导致局部过饱和度和非平衡析出的现象。讨论了如何通过振动或磁场来扰动扩散边界层，从而优化枝晶间距。第六章：粉末床熔融增材制造中的热影响区微结构针对选区激光熔化（SLM）等技术，本章分析了重复扫描路径带来的热历史效应，而非单次扫描的热传导。讨论了再熔化过程中，先前已凝固材料的局部退火与再结晶行为。重点研究了高梯度温度场下，熔池边缘的快速冷却速率如何诱导马氏体转变或形成高密度位错网络。利用电子探针微分析（EPMA）数据，定量评估了打印过程中溶质在微裂纹尖端的富集与扩散。第三部分：材料界面工程与性能优化本部分聚焦于界面现象，这是决定复合材料和涂层性能的关键。第七章：复合材料界面处的应力弛豫与扩散连接讨论了增强相（如碳纳米管、陶瓷颗粒）与基体材料之间的界面兼容性。本书侧重于界面能对复合材料宏观力学性能的内在影响，而非单纯的界面结合强度。分析了热膨胀系数失配引起的残余应力在界面扩散速率上的增强效应。引入了基于界面吉布斯-汤姆森效应的预测模型，用于指导界面反应性涂层的设计。第八章：高温陶瓷与金属涂层的热化学稳定性本章涉及热障涂层（TBCs）与金属基体之间的长期服役行为。重点分析了在热循环作用下，涂层与基体之间发生的元素扩散与界面反应。详细探讨了“激活态”扩散——即由于局部应力集中而导致的扩散加速，特别是在尖锐的内应力集中区域。内容包括了对元素穿透深度和界面氧化物层生长动力学的精确建模。第九章：晶体缺陷的演化与宏观性能退化将关注点回归到位错、空位团簇和孪晶界等晶体缺陷。探讨了应变能驱动下，这些缺陷在非等温过程中的迁移、湮灭和聚集机制。通过电子显微镜观察到的缺陷密度变化，与宏观的蠕变速率、疲劳寿命之间的定量关联被建立。特别是对高熵合金中原子尺度的弛豫行为，在复杂应力场下的响应机制进行了深入讨论。本书旨在为材料科学家和工程师提供一套严谨的、跨越尺度和领域的分析工具，以理解和控制材料在复杂热-化学环境下的内在演化规律。