材料延壽與可持續發展：材料環境適應性工程（簡體書）

材料的環境適應性對裝備的質量有重大影響，這在航空航天裝備上表現得更為明顯。本書以系統工程為方法論，以工程系統為理論框架，對材料環境適應性工程所涉及的基本概念和理論進行了分析，并主要針對航空航天材料，討論了材料環境適應性工程所涉及的專業技術和工程技術，最后給出了材料環境適應性工程的案例。
本書可供各種行業研制、設計、制造、檢驗、儲運、維護維修、供應、管理等部門的設計師、工程師和管理人員參考，尤為適合于裝備論證、產品環境工程、可靠性工程、質量工程、產品總體等部門人員使用；本書也可作為工科大學生、研究生、博士生參考；另外本書還適合材料專業工作者、復雜性和技術哲學等學者和研究者參考。

蔡健平，中國航天標準化及產品保證研究院可靠性所，研究員，1969年生。1992年畢業于北京航空航天大學，1995年獲中國科學院金屬研究所碩士學位，2001年獲英國曼徹斯特大學博士學位。曾在北京航空材料研究院工作，現為中國航天標準化及產品保證研究院可靠性所研究員。

主要研究方向為腐蝕與防護、裝備環境工程和可靠性工程等工作，承擔過國防工業技術基礎重點項目、總裝預先研究重點項目、國家自然科學基金以及多個型號橫向課題，并參與空客、通用電氣等國際合作項目。在國內外發表學術論文40余篇，培養碩士生4名，獲國防科技進步獎二等獎一項，航空工業一等獎一項，擁有4項專利。現擔任國際雜志《 Corrosion Engineering, Science and Technology 》編委。

本書是國家出版基金項目《材料延壽與可持續發展》叢書的第一本，也是我國首次出版的材料環境適應性工程專著，具有一定的創新性。作者以系統工程為基本方法，以航空航天材料為例，使得著作具有很強的先進性。本書以加強工程師的能力為目的，使得本書具有一定的實用性。

第1章緒言
1.1材料與人類社會的發展/001
1.2材料環境適應性概念的出現/001
1.3航空航天工業中材料環境適應性問題的典型案例/002
1.4材料環境適應性的方法論/004
1.5材料環境適應性系統工程的意義/006
1.6本書的內容和章節安排/007
參考文獻/008

概念與方法篇
第2章材料環境適應性工程基礎
2.1材料環境適應性工程的內涵/010
2.2一般系統論簡介/012
2.2.1一般系統論在材料環境適應性工程中的作用/012
2.2.2系統論的發展歷史/013 第1章緒言
1.1材料與人類社會的發展/001
1.2材料環境適應性概念的出現/001
1.3航空航天工業中材料環境適應性問題的典型案例/002
1.4材料環境適應性的方法論/004
1.5材料環境適應性系統工程的意義/006
1.6本書的內容和章節安排/007
參考文獻/008

概念與方法篇
第2章材料環境適應性工程基礎
2.1材料環境適應性工程的內涵/010
2.2一般系統論簡介/012
2.2.1一般系統論在材料環境適應性工程中的作用/012
2.2.2系統論的發展歷史/013
2.2.3系統論中的基本概念/016
2.2.4一般系統論的原理/017
2.2.5構造系統的方法/019
2.2.6研究一般系統的方法/020
2.3工程系統的基本原理/024
2.3.1工程要素/024
2.3.2工程的系統特征、工程系統及其復雜性/025
2.3.3工程系統組成和結構/027
2.3.4工程系統的協調器/027
2.4材料環境適應性工程的組成和指標/028
2.4.1材料環境適應性工程的子系統/028
2.4.2材料環境適應性工程的指標/029
2.4.3材料環境適應性工程理論的三維結構/029
2.4.4工程技術維的邏輯結構/030
2.4.5專業知識維的演化模式/031
2.5材料環境適應性工程的特點/032
2.6材料環境適應性工程與相關學科的關系/033
2.6.1材料環境適應性工程與系統工程/033
2.6.2材料環境適應性工程與材料科學與工程/034
2.6.3材料環境適應性工程與裝備環境工程/034
2.6.4環境適應性、可靠性和材料環境適應性工程與可靠性工程/034
2.6.5材料環境適應性工程與管理科學/037
2.7材料環境適應性在裝備全壽命周期中的地位/038
2.8材料環境適應性工程中的剪裁原理/039
參考文獻/040

專業知識篇
第3章材料種類和性質
3.1高溫合金/043
3.1.1概述/043
3.1.2主要的高溫合金/044
3.1.3高溫合金的發展趨勢/045
3.2鋁合金/047
3.2.1概述/047
3.2.2主要的鋁合金/049
3.2.3鋁合金的發展趨勢/051
3.3鈦合金/051
3.3.1概述/051
3.3.2主要的鈦合金/053
3.3.3鈦合金的發展趨勢/054
3.4超高強度鋼/056
3.4.1概述/056
3.4.2主要的超高強度鋼/056
3.4.3超高強度鋼發展趨勢/058
3.5復合材料/059
3.5.1概述/059
3.5.2主要的復合材料/062
3.5.3復合材料的發展趨勢/064
3.6高分子材料/065
3.6.1概述/065
3.6.2主要高分子材料/066
3.6.3高分子材料的發展趨勢/069
3.7功能材料及其他材料/071
參考文獻/071
第4章材料環境損傷理論
4.1材料環境損傷的類別/073
4.2材料疲勞理論/074
4.2.1材料疲勞的概念/074
4.2.2材料疲勞的分類/074
4.2.3影響材料疲勞的因素/076
4.2.4疲勞發生過程/081
4.2.5疲勞裂紋萌生機理/083
4.2.6疲勞裂紋擴展機理/084
4.3材料摩擦磨損理論/086
4.3.1基本概念/086
4.3.2摩擦磨損的分類/087
4.3.3磨料磨損/089
4.3.4黏著磨損/092
4.3.5疲勞磨損/093
4.3.6腐蝕磨損/094
4.3.7微動磨損/096
4.3.8影響磨損的因素/098
4.4材料腐蝕理論/098
4.4.1材料腐蝕的概念/098
4.4.2金屬腐蝕的分類/099
4.4.3金屬的電化學腐蝕電池理論/101
4.4.4電極電位和電化學腐蝕傾向/102
4.4.5極化和極化曲線/103
4.4.6影響金屬腐蝕的因素/104
4.4.7高分子材料的腐蝕/105
4.5綜合環境下材料損傷理論/106
4.5.1金屬腐蝕疲勞/107
4.5.2氫脆/107
4.5.3綜合環境下材料損傷的進一步討論/108
參考文獻/108
第5章材料加工工藝與表面工程技術
5.1材料加工工藝/110
5.1.1加工工藝對材料環境適應性的意義/110
5.1.2主要加工工藝中材料環境適應性考慮/110
5.2表面工程技術/112
5.2.1表面工程分類/113
5.2.2表面形變強化技術/118
5.2.3電化學轉化/119
5.2.4電鍍/122
5.2.5涂覆有機涂料/126
5.2.6熱噴涂技術/129
參考文獻/129
第6章失效分析技術
6.1失效分析基本概念/130
6.2失效分析目的和意義/130
6.3基本失效模式/132
6.4失效分析的基本思路/132
6.4.1失效過程的特點/132
6.4.2失效原因的特點/134
6.4.3幾種典型的失效分析思路/134
6.4.4失效分析的一般程序/137
6.5失效分析技術/138
6.5.1常規失效分析技術/138
6.5.2定量分析技術/145
6.5.3計算機模擬分析技術/146
6.5.4其他失效分析技術/150
6.6失效分析案例/158
6.6.1應力腐蝕/158
6.6.2液態金屬致脆/159
6.6.3氫脆/162
6.6.4腐蝕疲勞/163
6.7失效和故障分析的發展方向/165
參考文獻/167

工程技術篇
第7章環境條件及其效應分析
7.1材料所面臨的環境條件/170
7.2獲取材料的服役環境數據的方法/171
7.3環境嚴酷度分類和材料的服役環境譜/173
7.4常見環境因素對材料的影響/175
參考文獻/183
第8章材料環境適應性設計
8.1材料環境適應性設計的基本原則/185
8.1.1材料抗疲勞設計的基本原則/186
8.1.2材料抗摩擦磨損設計的基本原則/187
8.1.3材料抗腐蝕損傷的基本原則/187
8.2材料選擇/189
8.2.1金屬材料的選擇/189
8.2.2非金屬材料的選擇/190
8.3控制環境設計/191
8.3.1通風設計/192
8.3.2排水設計/192
8.3.3密封設計/193
8.3.4緩蝕劑應用/194
8.4結構設計/196
8.4.1典型機械緊固連接件設計/196
8.4.2特殊結構/機構設計/201
8.4.3典型零組件設計/209
8.5制造工藝性設計/224
8.5.1材料表面防護設計/225
8.5.2材料制造工藝設計/225
8.5.3工序間防銹/229
8.5.4清洗、干燥和除油/230
8.5.5裝配工藝設計/232
8.6對海軍用材料環境適應性設計的展望/233
參考文獻/233
第9章材料環境適應性試驗與評價
9.1概述/235
9.2實驗室疲勞試驗技術/237
9.3摩擦磨損試驗技術/239
9.4金屬腐蝕試驗技術/243
9.5自然環境試驗技術/244
9.5.1大氣暴露試驗/244
9.5.2我國自然環境試驗條件資源及數據積累和共享現狀/253
9.6加速試驗與材料環境適應性評價/258
9.6.1加速試驗方法/258
9.6.2實驗室加速試驗的重現性及其與現場試驗相關性討論/262
9.7加速試驗評價案例/266
9.7.1通過加速試驗評價導彈橡膠密封圈貯存壽命案例/266
9.7.2通過加速試驗方法評價鋁合金大氣腐蝕案例/267
9.7.3通過加速試驗方法評價有機防護涂層性能案例/270
9.7.4通過加速試驗方法評價材料疲勞壽命案例/273
9.7.5固體潤滑球軸承壽命試驗評價案例/274
參考文獻/274
第10章使用過程中材料環境適應性控制
10.1概述/276
10.2飛機結構材料的損傷/276
10.3飛機結構材料損傷的檢查/277
10.3.1一般結構材料損傷的檢查方法/277
10.3.2對復合材料損傷的檢查/278
10.3.3腐蝕的主要檢查部位和損傷形式/279
10.3.4疲勞、斷裂等機械損傷的主要損傷形式和檢查部位/280
10.4外場使用維護過程中腐蝕的預防性控制措施/280
10.5飛機結構的損傷修理準則和修理方案/282
10.5.1飛機結構損傷修理準則/282
10.5.2飛機結構損傷修理方案/282
10.6飛機結構損傷修理的方法/283
10.6.1飛機一般結構損傷的修理方法/283
10.6.2飛機復合材料損傷的修理方法/284
10.7使用維護中信息采集和使用/285
10.7.1采集使用維護信息的目的/285
10.7.2使用維護信息采集的要求/286
10.7.3使用維護信息采集的主要項目/286
10.8使用維護過程中材料環境適應性控制案例/287
10.8.1使用維護過程中發動機腐蝕的控制/287
10.8.2使用維護過程中起落架疲勞損傷的控制/288
10.8.3使用維護過程中渦輪葉片疲勞的控制/290
10.8.4使用維護過程中航空發動機磨損的控制/291
參考文獻/295

組織實踐篇
第11章材料環境適應性工程的管理和組織
11.1概述/297
11.2現代代表性的管理理論/297
11.3航空航天產業中產品保證的管理實踐/299
11.4材料環境適應性工程組織和管理的模型/300
11.5總體設計部的素質要求/302
11.6幾種材料環境適應性管理技術/303
11.6.1材料的成熟度分級/303
11.6.2加工制造工藝管理/304
11.6.3材料環境適應性工程中的專家咨詢法/305
11.6.4材料環境適應性工程中的知識管理/306
11.6.5材料環境適應性工程中的標準化/307
11.6.6材料環境適應性工程中的人員素質要求/308
11.7美國國防部腐蝕控制系統工程中的組織和管理/308
11.7.1美國國防部腐蝕控制系統工程的發展過程/308
11.7.2美國國防部腐蝕控制系統工程的目標/314
11.7.3腐蝕控制經濟效益分析/314
11.8腐蝕控制研討廳/320
參考文獻/325
第12章材料環境適應性工程實踐案例
12.1概述/326
12.2飛機日歷定壽中的材料環境適應性工程/327
12.2.1飛機使用壽命、日歷定壽和材料環境適應性/327
12.2.2飛機日歷定壽系統的目標和總體結構/328
12.2.3飛機日歷定壽系統的管理維/328
12.2.4飛機日歷定壽中腐蝕(老化)控制的工程技術維/331
12.3航天裝備貯存壽命和貯存延壽/342
12.3.1貯存、貯存壽命、貯存延壽和材料環境適應性工程/342
12.3.2航天裝備材料環境適應性工程的目標和總體結構/343
12.3.3航天裝備材料環境適應性工程系統的管理維/343
12.3.4航天裝備貯存壽命和貯存延壽的工程技術/346
參考文獻/354
索引/355

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