本书为“材料先进成型与加工技术丛书”之一。高性能金属结构材料是国民经济发展和国家安全保障的重要支撑，在航空航天、先进装备制造、新能源、海洋工程以及先进交通运输等重大关键领域对高性能金属结构材料均有着迫切需求，研发具有我国完全自主知识产权的超高强材料，对于材料研究面向科学技术前沿、面向国民经济主战场和面向国家重大需求，抢占国际科技竞争制高点具有重大意义。本书从超高强金属材料的强化原理出发，首先，以超高强钢铁材料作为主要研究对象，对超高强钢的设计方案和制备手段展开探讨，提出研发新一代超高强度钢的创新思路；然后，本书也对近年来出现的非晶合金与高熵合金的强韧化机制和合金设计理论进行讨论，结合这两类合金的结构特点，探讨获得超高强韧性能的合金的设计方法和制备技术以及相关应用；最后，本书还对其他超高强度金属材料，包括纳米结构材料、钛合金、金属基复合材料等进行讨论，并对超高强金属材料的未来发展进行展望。
样章试读
目录
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总序
前言
第1章 金属材料强化原理 1
1.1 材料的主要力学性能特征 1
1.1.1 材料的强度 1
1.1.2 材料的韧性 3
1.1.3 材料的疲劳性能 5
1.2 第二相强化 8
1.2.1 析出强化与析出相概述 8
1.2.2 时效热力学和动力学 9
1.2.3 析出强化原理 20
1.3 固溶强化 30
1.4 晶界强化 32
1.4.1 晶界及其结构 32
1.4.2 细晶强化 33
1.4.3 晶界强化元素 34
1.5 位错强化 35
1.6 相变强化 38
1.7 其他方式强化 41
1.7.1 异质材料的变形行为 41
1.7.2 背应力强化和背应力加工硬化 42
1.7.3 最佳机械性能的微观结构要求 44
参考文献 45
第2章 超高强度钢 50
2.1 超高强度钢概述 50
2.2 低合金超高强度钢 52
2.2.1 低合金超高强度钢的发展及现状 52
2.2.2 超高强度钢的热处理工艺 55
2.2.3 低合金超高强度钢的组织 57
2.2.4 低合金超高强度钢的强韧化机理 59
2.2.5 低合金超高强度钢的发展趋势 62
2.3 高Co-Ni二次硬化钢 63
2.3.1 高Co?-Ni二次硬化钢的发展历史 63
2.3.2 高Co?-Ni二次硬化钢的成分与热处理工艺 64
2.3.3 高Co?-Ni二次硬化钢的显微组织与力学性能 67
2.3.4 高Co?-Ni二次硬化钢的韧化机制 69
2.4 马氏体时效钢 72
2.4.1 马氏体时效钢的发展历史 72
2.4.2 马氏体时效钢的成分与热处理工艺 74
2.4.3 马氏体时效钢的显微组织与力学性能 75
2.5 共格有序析出强化的新型超高强度钢 79
2.5.1 共格有序析出强化超高强度钢的合金设计、典型组织及性能 79
2.5.2 共格有序析出强化超高强度钢的塑性变形机制 88
2.6 协同析出强化与新型超高强度钢 106
2.7 材料集成计算技术与新型超高强度钢的发展 107
2.7.1 第一性原理计算 108
2.7.2 CALPHAD计算 109
2.7.3 Questek高通量集成计算设计平台 113
2.7.4 两级材料设计优化高强钢 116
2.7.5 机器学习设计优化超强钢 119
2.7.6 MatCloud高通量计算平台 120
参考文献 122
第3章 非晶合金 130
3.1 非晶合金的结构特点与先进表征 130
3.1.1 非晶合金的结构模型 130
3.1.2 非晶合金结构的实验表征 134
3.1.3 非晶合金计算模拟与分析方法 140
3.1.4 非晶合金原子排列的普遍规律 144
3.2 非晶合金的变形行为 145
3.2.1 非晶合金变形的特点 145
3.2.2 非晶合金在变形过程中的结构变化 148
3.3 非晶合金的变形机理 150
3.3.1 非晶合金的变形机理及相关模型 150
3.3.2 剪切带及剪切影响区 155
3.3.3 动态应力作用下的变形 158
3.3.4 过冷液相区的超塑性 161
3.3.5 力学参数与热力学、结构和材料本征参数的关联 162
3.4 非晶合金的强韧化 164
3.4.1 引言 164
3.4.2 强韧化调控方式 165
3.5 非晶合金复合材料 176
3.5.1 外加第二相块体非晶复合材料 176
3.5.2 内生第二相块体非晶复合材料 185
3.5.3 非晶复合材料力学行为的有限元模拟 197
3.6 非晶合金的制备方法 200
3.6.1 铜模铸造法 200
3.6.2 吸入铸造法 201
3.6.3 单辊急冷法 202
3.6.4 双辊急冷法 202
3.6.5 水淬法 203
3.6.6 放电等离子烧结法 203
3.6.7 其他制备方法 204
3.7 非晶合金的应用 205
3.7.1 软磁应用 205
3.7.2 生物医用非晶合金材料 206
3.7.3 电子零部件 208
参考文献 210
第4章 高熵合金 221
4.1 高熵合金概述 221
4.2 高熵合金的结构特征 224
4.2.1 严重的晶格畸变效应 225
4.2.2 高熵合金中短程有序的形成与理论描述 227
4.2.3 高熵合金中短程有序的实验表征 228
4.2.4 高熵合金原子结构的计算模拟 230
4.3 高熵合金的相形成规律 238
4.3.1 高熵合金的热力学理论 239
4.3.2 原子尺寸效应对相形成规律的影响 240
4.3.3 参数??对相形成规律的影响 242
4.3.4 参数VEC对相形成规律的影响 244
4.3.5 参数Φ对相形成规律的影响 245
4.3.6 参数RMS对相形成规律的影响 246
4.3.7 优化热力学参数和对相形成规律的影响 247
4.3.8 原子堆积效应对相形成规律的影响 248
4.3.9 高熵合金中σ、ω和Laves相形成准则 250
4.4 高熵合金的特性 253
4.4.1 FCC高熵合金的力学性能 253
4.4.2 BCC高熵合金的力学性能 255
4.4.3 HCP高熵合金的力学性能 257
4.4.4 高熵合金的耐磨性能 258
4.4.5 高熵合金的耐腐蚀性能 260
4.4.6 高熵合金的抗辐照性能 261
4.4.7 高熵合金的抗氧化性能 264
4.4.8 高熵合金的磁学性能 267
4.4.9 高熵合金的电学性能 271
4.4.10 高熵合金的导热性能 274
4.5 高熵合金的强韧化 275
4.5.1 固溶强化 275
4.5.2 析出强化 278
4.5.3 相变强韧化 280
4.5.4 晶界强化 283
4.5.5 异构强化 285
4.6 高熵合金的制备方法 287
4.6.1 电弧熔炼法 287
4.6.2 真空感应熔炼法 288
4.6.3 粉末冶金 288
4.6.4 增材制造 289
4.6.5 定向凝固 291
4.6.6 磁控溅射 292
4.6.7 激光熔覆 294
4.6.8 电火花沉积 297
4.7 高熵合金的应用 297
4.7.1 低温结构材料 297
4.7.2 高温结构材料 299
4.7.3 耐磨涂层 300
4.7.4 抗辐照材料 301
4.7.5 功能性应用 302
参考文献 306
第5章 其他超高强金属材料 319
5.1 纳米结构材料 319
5.1.1 引言 319
5.1.2 纳米结构材料的制备 320
5.1.3 纳米结构材料的热稳定性 320
5.1.4 纳米结构材料的力学性能 322
5.1.5 纳米结构材料的变形机制 323
5.2 高强高韧钛合金 323
5.2.1 引言 323
5.2.2 高强高韧钛合金的加工工艺 324
5.2.3 高强高韧钛合金的显微组织 325
5.2.4 高强高韧钛合金的强化 326
5.2.5 高强高韧钛合金的应用 329
5.3 金属基复合材料 329
5.3.1 引言 329
5.3.2 金属基复合材料的分类 331
5.3.3 金属基复合材料的设计思路 337
5.3.4 金属基复合材料的制备方式 339
5.3.5 金属基复合材料的性质 344
5.3.6 金属基复合材料的发展和应用前景 348
5.4 轻质高强泡沫铝合金 349
5.4.1 引言 349
5.4.2 泡沫铝合金的熔体发泡法制备 350
5.4.3 轻质高强泡沫铝合金的力学性能 351
5.4.4 添加Sc对材料压缩性能的影响 353
5.4.5 热处理对合金压缩性能的影响 354
参考文献 356
第6章 总结与展望 362
关键词索引 364
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