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出版者:

作者:孙茂才

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2005-5

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787560318790

丛书系列:

图书标签:

• 金属材料
• 力学性能
• 材料科学
• 金属力学
• 应力应变
• 断裂力学
• 材料测试
• 金属加工
• 机械工程
• 材料强度

冶金工艺与材料科学前沿探索 本书聚焦于现代冶金技术的发展脉络、关键工艺流程的深入剖析，以及新型材料在极端环境下的性能表征与应用拓展。旨在为冶金工程、材料科学领域的研究人员、工程师及高校师生提供一个系统而前沿的知识框架。 --- 第一部分：现代冶金流程的优化与控制 本部分深入探讨了当代冶金工业如何通过技术革新实现降本增效与绿色制造。重点分析了从矿石准备到最终金属成品的全流程中的关键控制点。 第一章：高炉冶金的能效革命与智能调度 详细阐述了高炉冶金在当前能源结构转型背景下面临的挑战与应对策略。内容涵盖： 新型助燃剂与喷吹技术： 介绍生物质炭、废塑料等替代燃料在鼓风中的应用潜力及其对炉内热力学平衡的影响。重点分析了煤粉替代率提升对炉内反应区（尤其是熔融带）温度场和气氛分布的微观调控。 炉内物料行为的非接触式监测： 阐述了利用高频雷达、分布式温度传感网络（DTS）结合先进的CFD模型，实现对炉料床层孔隙率、透气性动态变化的实时预测与反馈控制，从而最小化挂料和流铁事件。 炉渣化学与环保处理： 深入研究了低钙高镁渣体系的稳定性及其对炉衬侵蚀的机理。同时，详述了冶炼过程中产生的高炉渣的资源化利用路径，例如作为高性能水泥掺合料或道路骨料的性能评估标准。 第二章：有色金属湿法冶金的绿色突破 本章聚焦于铜、镍、钴等关键有色金属的湿法冶金工艺，强调环境友好和高回收率。 浸出过程的动力学与反应器设计： 比较了常压浸出、中压和高压硫酸浸出（例如Soxhlet法）在处理复杂硫化矿和氧化矿中的适用性。特别探讨了微生物浸出（Bioleaching）在低品位难处理矿石中的经济性分析与过程放大挑战。 溶剂萃取（SX）的新型选择性试剂： 介绍了基于稀土元素骨架或离子液体的新一代萃取剂，它们如何实现对目标金属离子（如钴/镍分离）的超高选择性，并减少有机相的挥发与降解。 电积与结晶过程的能耗控制： 分析了电解槽设计（如三维电极结构）对电流密度分布均匀性的影响，以及如何通过精确控制温度和电解液组分，获得具有特定形貌和低内阻的金属沉积层。 --- 第二部分：先进材料的结构控制与功能化设计 本部分超越了传统金属材料的范畴，深入探讨了面向极端环境应用（高温、高载荷、强腐蚀）的新型合金、复合材料及功能性涂层。 第三章：高温合金的微观结构演化与寿命预测 针对航空航天、燃气轮机等领域对材料耐蠕变和抗氧化性的极致要求，本章进行了深入剖析。 下一代单晶（SX）与定向凝固（DS）技术： 详细解析了高铼、高钌镍基高温合金中$gamma'$相的析出动力学及其对位错运动的钉扎效应。探讨了定向凝固过程中晶界偏析的抑制技术（如磁场辅助凝固）。 热腐蚀与氧化动力学： 基于高熵合金（HEA）中组分无序化对氧化行为的影响，建立了多组分氧化物膜（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$、$ ext{Cr}_2 ext{O}_3$）的生长模型。重点研究了熔盐（硫酸盐/氯化物）对涂层结构和基体金属的联合侵蚀机制。 先进无损评估（NDE）在寿命评估中的应用： 介绍了超声导波技术、X射线衍射（XRD）残余应力分析在服役高温部件中微裂纹萌生和疲劳损伤演化监测中的精确度与可靠性验证。 第四章：增材制造（AM）金属粉末的冶金缺陷控制 聚焦于激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材制造技术中，材料性能受快速凝固过程影响的特殊性。 快速凝固过程的致密化与孔隙形成： 分析了高扫描速度下金属液池的非线性对流和快速冷却速率（高达$10^6 ext{ K/s}$）如何导致“马氏体不稳定性”和残余孔隙的成因。提出了通过优化光斑形状和粉末粒度分布来改善熔池的稳定性。 各向异性与残余应力管理： 详细阐述了熔池的定向凝固导致的宏观组织各向异性对拉伸性能的影响。介绍了后处理热等静压（HIP）和梯度热循环技术对缓解残余拉应力、提高疲劳性能的有效性。 功能梯度材料（FGM）的增材制造： 探讨了如何通过分段式粉末铺展或激光功率梯度控制，实现同种材料内部性能梯度分布（如从表面耐磨层到内部高韧性芯层）的精确构建。 --- 第三部分：材料服役性能的界面科学与模拟计算 本部分将视角转向材料与环境的相互作用，结合计算材料学手段，预测和设计界面行为。 第五章：材料的腐蚀失效机制与防护涂层设计 本章专注于电化学腐蚀在苛刻环境下的机理研究与新型防护策略。 应力腐蚀开裂（SCC）的电化学-力学耦合： 深入分析了氯离子、硫化物环境对高强度钢和钛合金晶界敏感性的影响。利用电化学石英晶体微天平（EQCM）监测局部钝化膜的动态破裂与修复过程。 自修复涂层与阻隔层技术： 介绍了基于微胶囊或形状记忆聚合物的自修复涂层体系。重点研究了纳米片层（如石墨烯、类云母）在聚合物基体中构建的“迷宫效应”阻隔机制，以延长涂层的使用寿命。 氢脆与氢致损伤的实时检测： 探讨了利用声发射技术（AE）和原位拉伸实验来捕捉氢致脱粘和微裂纹扩展的临界应力。讨论了添加稀土元素或通过热处理消除易感区（如铁素体/贝氏体界面）对提高抗氢脆性能的作用。 第六章：基于第一性原理的材料性能预测 本章介绍了计算模拟如何指导新材料的研发，从原子尺度预测宏观性能。 密度泛函理论（DFT）在合金设计中的应用： 阐述了如何利用DFT计算合金的形成能、点缺陷迁移能垒和弹性常数，以筛选出具有高热稳定性和低扩散系数的候选合金成分。 分子动力学（MD）模拟材料的动态行为： 重点展示了MD模拟如何揭示金属熔化、再凝固过程中的原子排列变化，以及高应变率下位错源的激活机制。 相场（Phase-Field）方法在多尺度模拟中的集成： 讨论了如何将微观尺度的析出动力学结果（如$gamma'$相的Ostwald熟化）输入到相场模型中，以宏观上预测材料在长期热暴露后的蠕变性能衰减曲线。 本书的结构设计旨在构建一个从宏观工艺控制到微观结构调控，再到原子尺度模拟预测的完整知识链条，为读者提供一个理解和创新现代冶金材料的综合性工具。

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初次接触这本书时，我最大的感受是它的“系统性”和“全面性”。它几乎覆盖了金属材料从基础晶格到复杂服役条件下性能表现的全部光谱。最让我印象深刻的是关于金属塑性变形理论的部分，作者并没有止步于经典的Hall-Petch关系，而是紧接着介绍了尺寸效应，讨论了纳米尺度下材料表现出的非经典塑性行为，例如孪晶的激活和晶粒尺寸的临界值。这种对前沿研究热点的敏锐捕捉，使得这本书即便是面对一个看似成熟的学科，也展现出了蓬勃的生命力。再者，书中对于焊接残余应力对最终力学性能影响的讨论，也是一个亮点。它不仅分析了热循环导致的微观组织变化，还结合有限元模拟的思路，解释了应力松弛和再分布的过程，这种多尺度、多物理场的耦合分析视角，极大地提升了对实际工程问题的解决能力。这本书的参考书目也异常丰富，标注了许多经典文献和最新的研究综述，对于想进一步深挖某一特定主题的读者来说，无疑是一份宝贵的导航图。总而言之，它不仅仅是一本教科书，更是一部可以指导研究方向的工具书。

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这本书绝对是材料科学领域的一颗璀璨明珠，特别是对于那些痴迷于金属材料微观结构与宏观力学行为之间复杂关联的工程师和研究人员来说，它简直就是一本必备的“武功秘籍”。作者在组织材料时，展现了极高的学术功底和清晰的逻辑思维。开篇就深入浅出地介绍了晶体学基础，这一点至关重要，因为任何对金属性能的深入理解都必须扎根于其原子排列的几何特性。随后，对位错理论的阐述，简直是教科书级别的范本。他没有停留在简单的概念堆砌，而是详尽地分析了位错的运动、交互作用以及它们如何成为塑性变形的主导因素。阅读过程中，我特别欣赏作者对实验现象的引入和理论模型的构建之间的无缝衔接。比如，在讨论加工硬化时，作者巧妙地结合了实验曲线和位错源的激活机制，使得原本抽象的力学原理变得触手可及。书中对疲劳和蠕变现象的分析也极其到位，不仅涵盖了传统的Paris定律等宏观描述，更深入到了裂纹萌生和扩展的微观机制，比如晶界对疲劳寿命的影响。这本书的插图和图表质量极高，那些三维晶体结构的示意图和应力-应变曲线的对比分析，极大地帮助了我这个偏向实践操作的读者构建起完整的理论框架。可以说，它提供的不仅仅是知识，更是一种系统性的分析问题的思维方式。

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翻开这本大部头，一股扑面而来的厚重感和专业性让人立刻明白这不是一本面向初学者的入门读物，它更像是为那些已经有一定材料背景，渴望在金属力学领域深耕的专业人士量身打造的深度参考书。我最欣赏的是它对先进材料性能测试方法的详尽介绍。作者对拉伸、压缩、弯曲测试的原理、试样制备的规范性要求，以及数据处理中的系统误差分析，描述得极为详尽和严谨。特别是关于动态力学测试的部分，例如冲击韧性（夏比V型缺口冲击）和高应变率下的材料响应，书中提供了大量不同温度和加载速度下的数据对比，这对于从事极端环境（如航空航天或汽车碰撞安全）设计的人来说，价值不可估量。更令人称赞的是，作者没有回避那些复杂的数学推导，虽然部分涉及张量分析的部分需要读者投入大量精力去啃，但正是这些严谨的数学模型，构成了对材料本构方程理解的基石。书中还专门辟出章节讨论了材料的织构（Texture）对面内和面外力学性能的显著影响，并结合X射线衍射（XRD）的结果进行佐证，这种跨学科的整合能力，极大地拓宽了我的研究视野。它是一本需要沉下心来、反复研读、并随时准备好在草稿纸上演算的典范之作。

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说实话，这本书的深度和广度着实超出了我的预期。我原以为它会集中火力在传统的强度和韧性分析上，但令人惊喜的是，它对金属的断裂力学部分进行了非常精辟且现代化的梳理。断裂韧性（KIC）的测定标准、J积分的引入以及弹塑性断裂力学（EPFM）的框架构建，作者处理得非常流畅自然。特别是在介绍裂纹尖端场的应力奇异性时，作者采用了非常清晰的图像来解释应力强度因子，这比我之前看过的几本教材都更容易理解。此外，书中对材料的蠕变机理，尤其是高温下的二次和三次蠕变阶段的演变，涉及到了扩散控制和位错运动控制的不同机制，并且清晰地划分了适用温度范围，这对从事高温合金研究的同行来说，提供了极大的便利。这本书的结构安排上，体现了一种从“宏观现象”到“微观根源”再到“工程应用”的递进逻辑，使得读者在学习每一项性能指标时，都能建立起一个完整的知识闭环。虽然部分章节的专业术语密度很高，但凭借作者对案例的精准把握，使得理论的落地性非常强，读起来不会感到干涩和脱节。

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这本书的阅读体验堪称是教科书级别的典范，它巧妙地平衡了理论的严谨性和可读性之间的关系。我尤其要称赞作者对特殊载荷条件下金属响应的探讨。例如，对冲击载荷下材料的动态应力-应变行为，书中详细描述了波的传播、反射与干涉效应，这对于理解材料在爆炸或高速碰撞中的失效模式至关重要。不同于许多仅关注静态力学的书籍，这本书对材料的“时变”特性给予了足够的重视，包括高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的循环特性，以及在高低温交变环境下的热机械疲劳（TMF）问题。作者在解释这些复杂现象时，非常注重使用类比和物理图像来辅助说明，例如用“能量耗散”的概念来统一解释疲劳损伤和蠕变损伤的不同表现形式。书中的部分配图和流程图，清晰地勾勒出了从材料制备——热处理——组织演变——力学响应的完整链条，这种全局观是任何孤立地研究某个性能指标所无法比拟的。它教会我的，是如何站在更高的维度去看待金属的“强”与“韧”，以及如何权衡它们在特定应用场景下的取舍。这本书的深度和覆盖面，使其成为我书架上最常被翻阅的参考资料之一。

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