The Science and Technology of Materials in Automotive Engines pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Yamagata, H

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 327.64

装帧:HRD

isbn号码:9780849325854

丛书系列:

图书标签:

汽车工程
材料科学
发动机技术
内燃机
工程材料
机械工程
汽车材料
热力学
材料性能
汽车制造

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具体描述

This new book provides and introductory text on the science and technology of materials in automotive engines. It focuses on reciprocating engines, both four and two-stroke, with particular emphasis on their characteristics and the materials used in their construction. The books considers the engine in terms of each specific part: the piston, cylinder, camshaft valves, crankshaft, connecting rod and catalytic converter. It also covers the metallurgy, surface modification, wear resistance, and chemical composition of the materials considered and it will include supplementary notes that support the core text. The book will be essential reading for engineers and designers of engines, as well as lecturers and graduate students in the fields of combustion engineering, machine design, and materials science looking for a concise, expert analysis of automotive materials.

汽车发动机材料的科学与技术：深度解析与未来展望图书信息：本书探讨的是汽车发动机领域中，驱动效率、耐久性与环保性能提升的关键核心——先进材料的科学原理、工程应用及未来发展趋势。 --- 第一部分：基础与应用——理解发动机环境的严苛性与材料的基石第1章：内燃机工作环境的材料挑战本章首先深入剖析现代汽车发动机（汽油机、柴油机、混合动力系统中的热机部分）在工作过程中所承受的极端工况。这包括：超高热负荷：燃烧室温度峰值可达2500°C，要求材料具备优异的耐热性和抗蠕变性。高腐蚀性：燃烧产物（如酸性气体、硫化物）与冷却液、润滑油的相互作用，对金属材料的抗腐蚀和抗氧化提出了严峻考验。高机械应力：活塞、连杆、曲轴等关键运动部件承受着周期性的交变应力、冲击载荷，需要极高的疲劳强度和断裂韧性。摩擦磨损：气缸壁、活塞环与配气机构部件之间，需要特种表面处理和高耐磨材料来延长使用寿命，降低能耗。第2章：传统发动机核心材料的演进与优化本章聚焦于构成发动机主体的经典材料，并探讨近二十年来为应对排放法规和燃油经济性压力所做的材料升级。铸铁与铸钢：重点分析灰铸铁（FC）、球墨铸铁（Ductile Iron）在缸体和缸盖制造中的应用，讨论通过合金化（如添加钼、铬）来提高强度和耐热震性的工艺。同时，对比高强度铸钢在曲轴和连杆中的应用，关注凝固过程控制对晶粒结构的影响。铝合金的主导地位：详细阐述了A356、A380等铸造铝合金在缸盖和新型缸体设计中的作用。讨论如何通过硅、镁、铜的精确配比来平衡铸造性能、机械强度与热膨胀系数，以实现轻量化目标。高性能钢材：聚焦于对疲劳寿命要求极高的部件，如连杆、曲轴。探讨4340合金钢、渗碳钢在热处理（淬火、回火）后形成的马氏体和贝氏体组织如何赋予材料超高的抗拉强度和韧性平衡。第3章：摩擦副材料与表面工程本章专门探讨如何减少能量损失和部件磨损，这是提高发动机效率的关键一环。气缸套与活塞环技术：分析铸铁缸套的渗碳、激光熔覆技术（如类金刚石DLC涂层）在活塞环表面的应用，以实现极低的摩擦系数和超长的抗磨损寿命。轴承材料：深入研究三元合金（铅基或锡基）轴承瓦在润滑膜中断时的嵌入性和抗疲劳性。探讨新型的复合材料轴承在减少摩擦损失中的潜力。气门与气门座：讨论耐高温、抗热腐蚀的镍基合金和钴基合金在排气阀中的应用，以及激光熔覆硬质合金在气门座强化中的技术细节。 --- 第二部分：先进材料与前沿技术——向更高效率和更低排放迈进第4章：面向高温与高效率的先进合金本章是全书的重点之一，集中于下一代发动机和涡轮增压器所必需的耐热材料。镍基高温合金（Superalloys）：详细介绍定向凝固（DS）和单晶（SC）镍基合金在涡轮叶片中的结构优势。解释其在1100°C以上温度下，如何通过γ/γ’相的强化机制来抵抗高温蠕变和热腐蚀。陶瓷基复合材料（CMCs）：探讨SiC/SiC等陶瓷材料在燃烧室局部或热端部件的应用潜力。分析其极低的密度、卓越的耐热性如何允许更高的燃烧温度，从而提高热效率。新型耐热铸铁：介绍奥氏体耐热铸铁在涡轮增压器蜗壳中的应用，重点关注其在高温氧化气氛下的抗硫化腐蚀能力。第5章：轻量化与结构集成材料的突破为满足日益严格的CO2排放标准，轻量化是不可逆转的趋势。高强度钢（AHSS/UHSS）：深入分析先进高强度钢（如双相钢DP、相变诱发塑性钢TRIP）在缸体和缸盖的结构件替代潜力，关注其在冲压成形与焊接过程中的材料行为。镁合金的应用挑战：讨论镁合金（如AZ91D）在缸盖和进气歧管中的使用，重点分析其成本、铸造流动性，以及最关键的腐蚀防护（特别是与水冷系统接触时的电化学腐蚀）问题及其解决方案。金属基复合材料（MMCs）：介绍SiC颗粒增强铝基复合材料在活塞材料中的应用，讨论如何通过弥散强化来提高材料的耐磨性和热稳定性，从而实现无衬套结构。第6章：增材制造（3D打印）对发动机材料的颠覆本章探索增材制造技术如何改变材料的结构设计和制造流程。选择性激光熔化（SLM）与电子束熔化（EBM）：对比这两种技术在制造复杂几何形状（如流道优化、冷却通道集成）的发动机部件（如喷油器、涡轮叶片）时的适用性。微观结构控制：讨论增材制造过程中快速凝固导致的非平衡态组织，及其对材料疲劳性能的影响。如何通过后处理（如热等静压HIP）来消除内部缺陷和残余应力。新材料的快速迭代：分析3D打印如何加速新型高温合金和金属间化合物（如TiAl）的原型测试和应用。 --- 第三部分：材料的寿命预测、智能监测与可持续性第7章：材料的寿命预测与可靠性工程本章关注如何确保复杂材料系统在发动机长期运行中的可靠性。疲劳损伤模型：介绍线弹性断裂力学和高周疲劳（HCF）/低周疲劳（LCF）在评估曲轴和连杆寿命中的应用。重点分析多轴载荷和表面完整性对疲劳起裂的影响。热疲劳与热震：详细分析燃烧室部件（如火花塞座、缸盖）在快速加热和冷却循环下产生的热裂纹机制，以及如何通过材料设计（低热膨胀系数）和结构设计进行缓解。磨损和腐蚀的耦合效应：探讨在润滑失效或油泥生成条件下，磨损、疲劳和腐蚀（腐蚀疲劳）如何协同作用加速部件失效。第8章：智能材料与原位健康监测展望未来发动机材料如何集成传感功能，实现实时性能反馈。嵌入式传感器：探讨光纤布拉格光栅（FBG）传感器或压电材料在监测发动机关键部位应变和温度的潜力。自修复材料概念：介绍利用微胶囊技术或可逆化学键原理，在材料表面或内部损伤发生时实现微裂纹的自动闭合，延长部件寿命的初步研究。第9章：循环经济与可持续性材料的未来探讨发动机材料的生命周期管理，以满足全球对可持续制造的要求。回收与再利用：重点分析航空级镍基高温合金和复杂铝合金的高效分离与精炼技术，以实现高价值材料的闭环回收。替代材料的探索：讨论用于非关键结构件的生物基聚合物或可再生纤维增强复合材料在进气系统和外围附件中的可行性。本书旨在为汽车工程师、材料科学家和研发人员提供一个全面、深入的参考框架，连接基础材料科学与汽车动力总成工程的实际应用需求。