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《金属材料科学与工程基础》 内容简介： 本书系统地阐述了金属材料科学与工程的核心概念、基本原理和关键技术。内容涵盖了金属材料的晶体结构、缺陷、强化机制、变形行为，以及各种金属及其合金的组织、性能和应用。本书旨在为学习金属材料科学与工程的学生、研究人员和工程师提供坚实的理论基础和广阔的视野，帮助他们理解金属材料的微观世界如何影响宏观性能，并能够根据实际需求选择、设计和应用合适的金属材料。 第一章 金属的晶体结构与缺陷 本章深入探讨了金属材料最基本的组成单元——原子，以及它们如何排列形成有序的晶体结构。我们将详细介绍常见的金属晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）结构，并解释这些结构如何影响金属的密度、强度和塑性。随后，我们将聚焦于晶体中的缺陷，包括点缺陷（如空位、填隙原子和取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。对这些缺陷的深入理解是掌握金属材料塑性变形机制的关键。我们将阐述位错的运动如何导致金属的屈服和形变，以及如何通过控制缺陷密度来调控材料的力学性能。 第二章 金属的强化机制 在本章中，我们将探讨多种能够提高金属材料强度的途径。首先，我们将详细介绍固溶强化，即通过在金属基体中溶解其他元素来阻碍位错运动。其次，我们将深入讲解沉淀强化，这是一种通过在基体中形成纳米级的第二相粒子来有效阻碍位错滑移的方法，也是许多高强度合金的关键强化机制。然后，我们将讨论晶界强化，即利用晶界对位错运动的阻碍作用来提高材料强度，这与细化晶粒尺寸密切相关。最后，我们将介绍形变强化（加工硬化），即通过冷加工或热加工诱导位错缠结和增殖，从而显著提高材料的强度和硬度。 第三章 金属的塑性变形与断裂 本章将聚焦于金属材料在受力作用下的宏观行为，即塑性变形和断裂。我们将详细解释金属的屈服和流变行为，以及应力-应变曲线所包含的重要信息，如弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率。塑性变形的微观机制，特别是位错滑移和孪晶，将得到深入阐述。随后，我们将探讨金属材料的断裂过程，区分韧性断裂和脆性断裂的特点以及发生机制。我们将介绍断裂韧性等概念，并讨论影响材料断裂行为的因素，如应力集中、缺陷和环境。 第四章 常用金属及其合金 本章将对一系列在工程领域广泛应用的金属及其合金进行系统介绍。我们将首先深入探讨钢铁，包括碳钢、合金钢和不锈钢的成分、组织、性能以及主要的用途。我们将讲解合金化对钢性能的影响，以及热处理（如退火、正火、淬火、回火）在调控钢的组织和性能中的关键作用。接着，我们将介绍铝及其合金，重点阐述铝的轻质、耐蚀性优势，以及各种铝合金（如硬铝、超硬铝）的强化机制和应用领域。此外，我们还将涵盖铜及其合金（如黄铜、青铜）、钛及其合金、镁及其合金等，分析它们的特性、优缺点及典型应用场景。 第五章 金属材料的性能测试与表征 本章将介绍用于评估金属材料性能的各种常用测试方法和表征技术。我们将详细讲解力学性能测试，包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、硬度试验、冲击试验和疲劳试验，并解释这些试验如何提供关于材料强度、塑性、韧性和耐久性的信息。在组织性能方面，我们将介绍金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等设备在观察材料微观组织、晶粒尺寸、第二相等方面的应用。此外，我们还将简要介绍X射线衍射（XRD）等无损检测技术在分析材料晶体结构和相组成中的作用。 第六章 金属材料的选择与应用 本章将引导读者如何根据工程需求选择合适的金属材料。我们将讨论材料选择的关键因素，包括力学性能（强度、刚度、塑性、韧性）、耐蚀性、耐磨性、导热性、导电性、密度、成本以及加工性能。我们将通过实例分析，说明如何在不同应用场景下进行材料的权衡和优化，例如在航空航天领域的轻质高强材料选择，在化工领域的耐腐蚀材料选择，以及在能源领域的耐高温材料选择。本章强调了材料科学知识在解决实际工程问题中的应用价值。 第七章 金属材料的表面工程 本章将探讨如何通过改性金属材料的表面来改善其整体性能。我们将介绍各种表面处理技术，如热处理、渗碳、渗氮、渗碳氮共渗、碳氮共渗等，这些技术可以显著提高材料表面的硬度、耐磨性和疲劳寿命。我们还将介绍表面涂层技术，包括电镀、化学镀、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），以及热喷涂等，这些技术可以为材料提供优异的耐腐蚀、耐磨损或功能化表面。 《金属材料科学与工程基础》提供了一个全面而深入的视角，帮助读者理解金属材料的本质，掌握其性能调控的原理，并能够有效地将其应用于各种工程领域。本书的编写风格力求严谨、清晰，并辅以丰富的插图和实例，使其成为金属材料领域一本不可多得的参考书。
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