辐照材料科学基础：金属与合金原书第2版

￥239.00

运费：	¥ 6.00-20.00
库存：	48 件

立即购买

支付：: 微信支付银行卡支付宝

商品详情

出版社：机械工业出版社
ISBN：9787111770831
版次：1
品牌：机工出版
包装：平装
丛书名：国际制造业先进技术译丛
开本：16开
出版时间：2025-01-01
用纸：胶版纸
页数：693

编辑推荐

适读人群：核工程领域的工程技术人员和研究人员，高等院校的核工程、材料科学与工程等相关专业在校师生
1）本书系统地介绍了金属材料辐照损伤的理论基础、金属材料经辐照后的微观组织与结构特征，以及辐照所产生的宏观性能变化。
2）主要内容包括辐照损伤事件、原子的位移、损伤级联、点缺陷的形成与扩散、辐照增强扩散和缺陷反应速率理论、辐照诱发偏聚、位错的微观结构、辐照诱发的空洞和气泡、辐照下相的稳定性、离子辐照的独特效应、用离子模拟中子辐照效应、辐照硬化和辐照形变、辐照蠕变和长大、断裂与脆化、腐蚀与应力腐蚀开裂、辐照对腐蚀和环境促进开裂的作用等。
3）本书汇集了国际上金属材料辐照领域的长期研究成果，体现了科学性、先进性和系统性的有机结合，对我国核工程领域关于辐照损伤现象的理解和研究具有很强的指导意义，并具有很高的学术价值和实用价值。

内容简介

本书系统地介绍了金属材料辐照损伤的理论基础、金属材料经辐照后的微观组织与结构特征，以及辐照所产生的宏观性能变化。主要内容包括辐照损伤事件、原子的位移、损伤级联、点缺陷的形成与扩散、辐照增强扩散和缺陷反应速率理论、辐照诱发偏聚、位错的微观结构、辐照诱发的空洞和气泡、辐照下相的稳定性、离子辐照的独特效应、用离子模拟中子辐照效应、辐照硬化和辐照形变、辐照蠕变和长大、断裂与脆化、腐蚀与应力腐蚀开裂基础和辐照对腐蚀和环境促进开裂的作用。本书汇集了国际上金属材料辐照领域的长期研究成果，体现了科学性、先进性和系统性的有机结合，对我国核工程领域关于辐照损伤现象的理解和研究具有很强的指导意义，并具有很高的学术价值和实用价值。

作者简介

盖里·S.沃斯（Gary S. Was），美国密歇根大学核工系教授，辐照材料科学研究领域国际知名科学家。

译者序
前言
物理常数数值表
本书首字母缩写术语对照
导论1
参考文献4
第Ⅰ部分辐照损伤
第1章辐照损伤事件7
1.1中子-原子核交互作用8
1.1.1弹性散射8
1.1.2非弹性散射13
1.1.3（n，2n）反应15
1.1.4（n，γ）反应16
1.2离子-原子交互作用18
1.2.1原子间作用势18
1.2.2碰撞运动学23
1.3能量损失36
1.3.1能量损失理论36
1.3.2穿越距离范围的计算46
专用术语符号52
习题54
参考文献57
第2章原子的位移58
2.1位移的基本理论58
2.1.1位移的概率58
2.1.2原子位移的Kinchin-Pease模型60
2.1.3位移能量62
2.1.4电子能量损失的极限66
2.2K-P位移模型的修正67
2.2.1在能量平衡中Ed的考虑67
2.2.2真实的能量传输截面68
2.2.3电子激发导致的能量损失69
2.2.4结晶性的效应71
2.3位移截面82
2.3.1弹性散射83
2.3.2非弹性散射83
2.3.3(n,2n)和(n,γ)位移84
2.3.4K-P模型的修正和总位移截面84
2.4位移率86
2.5性能变化和辐照剂量的关联88
2.6带电粒子辐照产生的位移90
专用术语符号92
习题94
参考文献96
第3章损伤级联98
3.1位移平均自由程98
3.2初级反冲谱99
3.3级联损伤能和级联体积102
3.4辐照损伤的计算机模拟103
3.4.1二元碰撞近似（BCA）方法103
3.4.2分子动力学（MD）方法106
3.4.3动力学蒙特卡罗（KMC）方法108
3.5级联发展的各个阶段111
3.6级联结构内缺陷的行为113
专用术语符号120
习题121
参考文献122
第4章点缺陷的形成与扩散123
4.1辐照诱发缺陷的性质123
4.1.1间隙原子123
4.1.2多间隙原子126
4.1.3间隙原子-杂质复合体127
4.1.4空位127
4.1.5多空位128
4.1.6溶质-缺陷和杂质-缺陷团簇128
4.2点缺陷形成的热力学128
4.3点缺陷的扩散131
4.3.1扩散的宏观表述131
4.3.2扩散的机制132
4.3.3扩散的微观表述134
4.3.4跳跃频率Γ136
4.3.5跳跃频率ω137
4.3.6扩散系数方程139
4.4关联的扩散141
4.5多组元体系中的扩散143
4.6沿高扩散速率途径的扩散144
专用术语符号146
习题147
参考文献148
第5章辐照增强扩散和缺陷反应速率理论149
5.1点缺陷平衡方程组149
5.1.1情况1：低温和低阱密度151
5.1.2情况2：低温和中等阱密度153
5.1.3情况3：低温和高阱密度154
5.1.4情况4：高温155
5.1.5点缺陷平衡方程组的特性157
5.1.6简单点缺陷平衡模型的缺点158
5.1.7存在级联时的点缺陷平衡方程组158
5.2辐照增强扩散160
5.3缺陷反应162
5.3.1缺陷的产生164
5.3.2复合164
5.3.3缺陷在阱处的损失165
5.3.4阱强度165
5.4反应速率控制的过程165
5.4.1缺陷-空洞交互作用165
5.4.2缺陷-位错交互作用166
5.5受扩散限制的反应166
5.5.1缺陷-空洞反应166
5.5.2缺陷-位错反应168
5.6混合速率控制170
5.7缺陷-晶界反应170
5.8共格析出相和溶质171
5.9点缺陷的回复173
专用术语符号175
习题177
参考文献179
第Ⅱ部分辐照损伤的物理效应
第6章辐照诱发偏聚183
6.1浓二元合金中的RIS184
6.1.1耦合偏微分方程的求解189
6.1.2间隙原子的键合190
6.1.3溶质原子尺寸的影响191
6.1.4温度的影响 193
6.1.5剂量率的影响194
6.2三元合金中的RIS195
6.3局部成分变化对RIS的影响198
6.4溶质对RIS的影响201
6.5奥氏体合金中RIS的举例204
6.6铁素体合金中的RIS206
6.7晶界结构对RIS的影响210
专用术语符号 211
习题213
参考文献214
第7章位错的微观结构215
7.1位错线215
7.1.1位错的运动217
7.1.2位错的描述220
7.1.3位移、应变和应力222
7.1.4位错的能量224
7.1.5位错的线张力225
7.1.6作用在位错上的力226
7.1.7位错间交互作用230
7.1.8扩展位错233
7.1.9扭折和割阶234
7.2包围着层错的位错环和堆垛层错四面体235
7.3缺陷的团簇236
7.3.1形成团簇的缺陷份额237
7.3.2团簇的类型239
7.3.3团簇的可动性240
7.4扩展缺陷246
7.5有效缺陷的产生248
7.6位错环的形核和长大249
7.6.1位错环的形核249
7.6.2团簇化理论254
7.6.3基于团簇动力学模拟的团簇演化256
7.7位错环的长大258
7.8回复261
7.9间隙原子环微观结构的演变263
专用术语符号265
习题267
参考文献270
第8章辐照诱发的空洞和气泡271
8.1空洞形核272
8.1.1平衡的空洞尺寸分布272
8.1.2空洞的形核率274
8.1.3惰性气体的作用280
8.1.4具有产出偏差的空洞形核284
8.2在空洞长大过程中对缺陷阱的处理286
8.2.1阱表面的缺陷吸收率和浓度287
8.2.2点缺陷平衡290
8.3空洞长大291
8.3.1温度相关性295
8.3.2剂量相关性298
8.3.3位错作为偏向性阱的作用300
8.3.4剂量率相关性302
8.3.5辐照变量漂移303
8.3.6生成偏差的作用308
8.3.7应力相关性314
8.3.8RIS的作用317
8.3.9空洞点阵319
8.3.10微观结构和化学成分的作用321
8.3.11反应堆运行历史的作用330
8.4气泡331
8.4.1气泡力学332
8.4.2长大定律334
8.4.3位错环崩出造成的气泡长大336
8.4.4气泡点阵337
8.4.5氦气的产生337
专用术语符号340
习题344
参考文献346
第9章辐照下相的稳定性348
9.1辐照诱发偏聚和辐照诱发析出348
9.2反冲溶解350

9.3辐照无序化356

9.4非共格析出相形核359

9.5共格析出相形核363

9.6辐照诱发析出举例366

9.6.1铁素体-马氏体钢366

9.6.2奥氏体不锈钢369

9.7亚稳相372

9.7.1有序-无序转变372

9.7.2晶体结构转变372

9.7.3准晶的形成373

9.8非晶化374

9.8.1化合物的生成热和晶体结构差异374

9.8.2化合物的溶解度范围和临界缺陷密度376

9.8.3非晶化的热力学和动力学377

9.9辐照下相的稳定性384

专用术语符号386

习题389

参考文献390

第10章离子辐照的独特效应392

10.1离子辐照技术392

10.2化学成分的变化394

10.2.1溅射395

10.2.2吉布斯吸附400

10.2.3反冲注入401

10.2.4级联（各向同性、位移）混合403

10.2.5影响表面成分变化的组合过程410

10.2.6离子注入期间注入原子的再分布411

10.3离子注入的其他效应414

10.3.1晶粒长大415

10.3.2织构416

10.3.3位错微结构416

10.4高剂量气体（轰击）载荷：起泡和剥落418

10.5固相和惰性气体点阵421

10.6电子激发引起的位移422

10.7离子束助推沉积423

10.7.1微观结构424

10.7.2残余应力431

10.7.3膜的织构437

专用术语符号440

习题442

参考文献444

第11章用离子模拟中子辐照效应447

11.1采用离子辐照替代中子辐照的动机447

11.2与离子辐照相关的辐照损伤448

11.3RIS的粒子类型相关性451

11.4不同粒子类型的优点和缺点454

11.4.1电子456

11.4.2重离子457

11.4.3质子458

11.5粒子辐照的辐照参数459

11.6质子辐照模拟中子辐照损伤461

11.7自离子辐照模拟中子辐照损伤466

专用术语符号468

习题469

参考文献469

第Ⅲ部分辐照损伤的力学和环境效应

第12章辐照硬化和辐照形变473

12.1弹性和塑性变形474

12.1.1弹性变形474

12.1.2塑性变形477

12.1.3拉伸试验479

12.1.4屈服强度482

12.2辐照硬化483

12.2.1位错源硬化483

12.2.2摩擦硬化485

12.2.3硬化机制的叠加492

12.2.4多晶体的硬化495

12.2.5辐照硬化效应的饱和497

12.2.6测量和预测的硬化效应比较499

12.2.7辐照退火硬化502

12.2.8硬度和屈服强度的关系503

12.3辐照金属的变形506

12.3.1局域化的变形508

12.3.2变形机制图511

专用术语符号514

习题516

参考文献517

第13章辐照蠕变和长大520

13.1热蠕变520

13.1.1位错蠕变523

13.1.2扩散蠕变528

13.2辐照蠕变530

13.2.1应力诱导的位错环择优形核530

13.2.2应力诱导择优吸收534

13.2.3由择优吸收滑移引起的攀移和滑移535

13.2.4由位错偏置驱动的攀移和滑移537

13.2.5瞬态蠕变537

13.2.6位错环的去层错化540

13.2.7回复蠕变541

13.2.8扩散蠕变：为什么没有辐照的影响542

13.2.9理论与蠕变数据的比较542

13.2.10辐照修正的变形机制图546

13.3锆合金中的辐照长大和蠕变547

13.3.1锆合金的辐照微观结构548

13.3.2辐照长大549

13.3.3辐照蠕变551

专用术语符号554

习题556

参考文献558

第14章断裂与脆化560

14.1断裂类型560

14.2金属的内聚强度560

14.3断裂力学562

14.4断裂力学试验566

14.5弹-塑性断裂力学568

14.6脆性断裂570

14.7铁素体钢中的辐照诱发脆化574

14.7.1缺口棒的冲击试验574

14.7.2DBTT和USE的下降576

14.7.3主曲线方法577

14.7.4影响脆化程度的因素580

14.7.5铁素体-马氏体钢的脆化583

14.7.6退火和再辐照583

14.7.7疲劳584

14.8低温到中温范围奥氏体钢的断裂和疲劳588

14.8.1辐照对断裂韧度的影响588

14.8.2辐照对疲劳的影响590

14.9高温脆化591

14.9.1晶界空洞与气泡592

14.9.2晶界滑移595

14.9.3晶界裂纹的生长596

14.9.4断裂机制图598

专用术语符号598

习题601

参考文献602

第15章腐蚀与应力腐蚀开裂基础604

15.1腐蚀的类型605

15.2腐蚀热力学608

15.2.1腐蚀驱动力608

15.2.2电动势序和符号惯例610

15.2.3稳定性图614

15.3腐蚀动力学619

15.4极化625

15.4.1混合电位理论626

15.4.2电偶序627

15.4.3阳极/阴极面积比629

15.4.4多重阴极反应632

15.4.5其他的极化类型632

15.5钝化637

15.5.1钝化的理论639

15.5.2酸溶液中活性-钝化金属的行为640

15.5.3影响活性-钝化金属腐蚀行为的因素641

15.5.4钝化的控制641

15.5.5活性-钝化金属的电偶对646

15.5.6钝化金属的点蚀646

15.6缝隙腐蚀648

15.7应力腐蚀开裂650

15.7.1SCC测试651

15.7.2SCC过程652

15.7.3冶金学条件654

15.7.4裂纹萌生和裂纹扩展654

15.7.5SCC的热力学655

15.7.6SCC的动力学657

15.7.7SCC的机制658

15.7.8裂纹扩展的预测模型660

15.7.9机械断裂模型661

15.7.10腐蚀疲劳662

15.7.11氢脆662

专用术语符号663

习题665

参考文献667

第16章辐照对腐蚀和环境促进开裂的作用668

16.1辐照对水化学的影响670

16.1.1辐照分解及其对腐蚀电位的影响670

16.1.2腐蚀电位对氧化的影响672

16.1.3腐蚀电位对IASCC的影响673

16.2辐照对氧化的影响674

16.3辐照对SCC的影响675

16.3.1奥氏体合金675

16.3.2铁素体合金683

16.4IASCC的机制685

16.4.1晶界Cr贫化685

16.4.2辐照硬化686

16.4.3形变模式686

16.4.4IASCC的模型688

16.4.5选择性内氧化689

16.4.6辐照诱发蠕变690

专用术语符号690

习题691

参考文献691

前言/序言

编写出版本书的目的是为理解金属和合金辐照效应背后的理论和机制提供一个基础。全书分成三部分，每一部分又细分为若干独立的章节，它们组合起来，就为辐射如何与金属材料交互作用，并改变它们的组织结构与性能提供了一幅完整的图像。
第Ⅰ部分辐照损伤（第1~5章）全都聚焦于“辐照损伤过程”，为预测轰击粒子所产生损伤的数量和空间构型提供系统的知识。第1章讨论导致由入射粒子向靶材原子传输能量的粒子之间的交互作用。第2章聚焦于由轰击粒子产生的原子位移数量的确定，而第3章描述由此造成缺陷的空间构型。第4章提供了有关点缺陷平衡浓度和扩散的基础知识。第5章讨论在辐照影响下点缺陷之间的扩散和反应，它们是所有观察到的辐照效应的基础。
尽管辐照损伤描述的是受到辐照材料的状态，辐照效应则与缺陷在固体内形成之后的行为有关。第Ⅱ部分（第6~11章）讲辐照对金属产生的物理效应。第6章描述了辐照诱发偏聚（RIS），它是辐照增强扩散（RED）的直接后果。第7章和第8章讨论了位错环和空洞的形核和长大，即那些在很大程度上决定了被辐照材料行为的缺陷聚合体。第9章涵盖了在辐照下的相稳定性、辐照诱发析出（IIP）和析出相的溶解。第10章将辐照效应扩展到了由离子辐照产生的一些特别过程，诸如成分变化、溅射和剥落。最后，第11章介绍了如何将离子辐照用于模拟反应堆部件的中子辐照效应。
本书的第Ⅲ部分（第12~16章）将辐照损伤引起的力学和环境效应与通过施加应力和腐蚀性环境所产生的物理效应区分开来。第12章讨论了辐照下合金的硬化和变形。第13章介绍了蠕变及其扩展，而辐照对由静态或疲劳加载导致的裂纹形核和扩展的作用正是在第14章中讨论的内容。辐照对腐蚀和应力腐蚀开裂也有显著影响，因为这些性能退化的模式常常构成了许多反应堆设计中应当考虑的一些限制性过程。第15章包括了腐蚀和应力腐蚀开裂方面的基础知识，它们是理解第16章中将要讨论的辐照、腐蚀和应力的综合效应所需要的。
这些章节都包含了辐照效应的实例和图示以及定量计算的样本，还提供了实际的照片。每章的最后还为读者设计了习题，以便强化每章的主要概念，从而提高读者综合理解其中所涵盖的主题的能力。各章的正文、实例、图示以及章末的习题组合在一起，全面阐述了辐照对金属和合金的效应。
学好本书的内容精髓还需要充实多方面的科学知识。本书的许多主题依赖于一些学科的基本知识，它们构成了辐照效应赖以发生的基础：固体热力学和动力学、晶体结构、缺陷和位错、物理冶金学、弹性和塑性、形变和断裂、腐蚀和应力腐蚀开裂。本书为每一个这样的主题介绍了必要的背景，或者为此提供了可以找到完好阐述的其他参考文献资源。
作为最后的一项说明，作者还想提请大家注意：本书是基于若干教科书、大量杂志和会议论文获得的信息，经过分类、组织和提炼编写而成的，目的在于为构成辐照材料科学的那些过程提供一个完整而充实的叙述。对于本书所包含的那些概念、理论、数学方法的开发以及图示的原始来源，作者始终都以认真的态度学习和理解并且给予充分的尊重，在将它们提炼的过程中，可能偶尔因疏忽造成一些差错，作者表示由衷的歉意。在此，作者也向许多为本书提供了原始资料和图片的作者和出版社致谢。
最后，作者想要感谢为他编写本书提供了帮助和建议的许多同事、学生和朋友。特别是，向以下各位致以特别的感谢：为本书内容做出了重大贡献的Jeremy Busby、 Todd Allen、 Michael Atzmon、 Roger Stoller、 Yuri Osetsky、 Ian Robertson和Brian Wirth，为编制图示做了大量工作的Elaine West、 Brian Wagner、 Sean Lemecha、 Gerrit Vancoevering和Bryan Eyers，编纂各章末尾习题的Gerrit Vancoevering，对为制作文稿和视频提供帮助的Cherilyn Davis 和Ovidiu Toader，对各章节进行校阅的Lynn Rehn、 Don Olander、 Arthur Motta、 Michael Nastasi、 Steve Zinkle、 K.Linga Murty、 Lou Mansur和Peter Andresen，以及多年以前就为作者从事本领域学习提供了灵感的John King 和Arden Bement。

盖里·S.沃斯（Gary S.Was）