求《钢热加工数值模拟手册》

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书名：钢热加工数值模拟手册
丛书名：国际制造业先进技术译丛
书号：978-7-111-53177-7
作者：[土耳其]杰米尔·哈坎·吉尔（Cemil Hakan Gür）潘健生 编著  顾剑锋 译
出版日期：2016年6月
开本：B5
页数：520页
字数：728千字
定价：159.00元

宣传语：
本书由世界各国热加工领域具有丰富经验的学者和专家共同撰写，聚焦于热加工工艺过程的模拟原理、实现方法和工程应用，包含了大量工业应用案例。

编辑推荐：
1）本书由世界各国热加工领域的具有丰富经验的学者和专家共同撰写。我国上海交通大学材料科学与工程学院的潘健生院士参与了本书的编写工作。
2）本书聚焦于热加工工艺过程的模拟原理、实现方法和工程应用，包含了大量工业应用案例。

内容简介：
    本书全面系统地介绍了钢热加工工艺过程的数学建模和计算机模拟技术，主要内容包括：钢的热加工过程建模的数学基础、 建模方法和基本原则、钢的热/温加工模型、铸造模拟、工业热处理作业模拟、淬火模拟、感应硬化过程模拟、激光表面硬化模拟、表面硬化数值模拟、 热处理和化学热处理计算机模拟的工业应用、 钢热加工过程建模的展望。本书由世界各国热加工领域具有丰富经验的学者和专家共同撰写。本书聚焦于热加工工艺过程的模拟原理、实现方法和工程应用，包含了大量工业应用案例。
    本书适合于从事钢铁热加工工艺和装备设计的工程技术人员阅读，也可供相关专业在校师生和研究人员参考。

图书在版编目(CIP)数据
钢热加工数值模拟手册/(土)吉尔（Gur,C.H）,潘健生编著；
顾剑峰译.—北京：机械工业出版社，2016.3
（国际制造业先进技术译丛）
书名原文：Handbook of Thermal Process Modeling of Steels
ISBN 978-7-111-53177-7
Ⅰ.①钢…Ⅱ.①吉…②潘…③顾…Ⅲ.①钢—热加工—数值模拟—手册
Ⅳ. ①TG161.62
中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第066726号

前言：
    钢铁热加工技术范围涉及铸造、塑性成形、焊接和热处理，通过它不仅要制造出具有要求形状的工件，而且也要优化最终产品的微观组织。因此，热加工在工程零部件的质量控制、服役寿命和最终可靠性等方面发挥着关键作用，其技术水平当前也是代表了一个公司竞争力的基本要素。
    大量研究工作的推进使得对热加工所制造工件的微观组织和性能的预测精度不断提高，这主要基于对温度、浓度、电磁性能、应力、应变等物理量的偏微分方程的求解。在高性能计算机得到广泛使用之前，偏微分方程解析解是描述这些参数的唯一方法，组织与性能预测的工程应用受到极大限制，也使得热加工工艺的发展依赖于经验和传统实践。计算机预测存在内在的不精确性，其阻碍了材料性能的提高和制造成本的降低。
    20世纪70年代以来，计算机技术的快速发展使得有效求解偏微分方程成为可能， 这些复杂计算涉及边界条件和初始条件，以及非线性和多变量。数学模型和计算机模拟技术迅速发展。完备的数学模型除集成了材料科学和工程领域基本理论之外，还包括传热学、热弹塑性力学、流体力学和化学等，能描述热加工过程中发生的物理现象。此外，现在利用最新的可视化技术可直观生动地显示温度、应力、应变、浓度、微观组织和流体的演变，进而获知单个工艺参数的作用。 因而，计算及模拟为工艺的优化、工厂和设备的设计提供了额外的决策工件，加速了热加工技术借助于坚实科学计算基础之上的发展。
    逐渐引入的热加工模拟基本数学模型到目前为止, 在一些工程应用方面取得了巨大优势。这个方向的继续研究现在吸引了越来越多的关注，显然它是未来发展的前沿，而全球范围内正在开展日益深入研究。该领域重要研究论文的数量在过去30年中急剧上升。尽管如此，现有模型与真实热加工过程相比仍被认为是高度简化的。这意味着计算机模拟的应用到目前为止相对有限，正是因为这些简化的假设和它们导致的计算精度限制，广泛和持续的研究仍然是必要的。  
    本书不仅是对上述局限性研究的一个贡献，同时也是对热加工模型和模拟技术的理解和使用的一个帮手。
    因此，本书的主要目标是为钢的热加工提供一个有用的资源，包括：
    ·一个学习热加工建模基本理念的指南。
    ·一个工艺优化的向导。
    ·一个理解实时过程控制的帮助。
    ·一些材料行为物理起源的见解。
    ·实际工业条件下实验室不易复制的材料响应的预测。
    其他相关目标还包括：
    ·一个当前在热加工中实际使用的最先进数学建模方法的总结。
    ·一本实用的参考书（包括工业实例和必要的预防措施）。
    希望本书能发挥如下作用：
    ·增加当前和未来从事热加工的工程师和技术人员对计算机模拟的潜在使用。
    ·强调需要进一步研究的问题， 并有助于促进热加工的研究和应用。
    这个项目在很多人的努力下得以实现，我们感谢各章作者的勤奋和贡献，感谢在本书准备过程中每一个人的贡献、帮助、鼓励和建设性的批评。
    在这里，我们对乔治·爱德华·托顿博士\[Totten Associates公司，热处理与表面工程国际联合会（IFHTSE）前主席\]和罗伯特·伍德（热处理与表面工程国际联合会秘书长）表示衷心的感谢，正是他们最初的鼓励使得这本书成为可能。对CRC Press/Taylor & Francis员工在出版本书过程中的耐心和帮助也表示感谢。

    C.Hakan Gür
    中东技术大学
    潘健生
    上海交通大学

目录：
译丛序
译者序
前言

第1章钢热加工过程建模的数学基础
1.1热加工过程的偏微分方程及其求解
1.1.1导热和扩散偏微分方程
1.1.2求解偏微分方程的方法
1.2有限差分法
1.2.1有限差分法原理简介
1.2.2一维传热和扩散偏微分方程的有限差分求解
1.2.3小结
1.3有限单元法
1.3.1简介
1.3.2伽辽金法二维瞬态温度场有限元分析
1.3.3三维瞬态导热的有限元分析
1.4相变量的计算
1.4.1相变与温度的耦合作用
1.4.2扩散型相变
1.4.3马氏体相变
1.4.4应力状态对相变动力学的影响
1.5固体材料的本构方程
1.5.1弹性本构方程
1.5.2弹塑性本构方程
1.5.3黏塑性本构方程
1.6热加工中的计算流体动力学基础
1.6.1简介
1.6.2流体微分控制方程
1.6.3控制方程的通用形式
1.6.4简化后的热加工过程特定流体力学方程
1.6.5控制方程的求解
参考文献
第2章建模方法和基本原则
2.1数学建模
2.2控制方程
2.3边界条件和初始条件
2.4控制方程的数值解
2.5有限单元法
2.6有限体积法
2.7蒙特卡罗法
2.8相场法
2.9结束语
第3章钢的热/温加工模型
3.1微观组织概述
3.2流动曲线建模——单道次
3.2.1热加工行为
3.2.2热加工本构模型
3.2.3动态再结晶的开始
3.2.4包含动态再结晶的高级本构模型
3.3静态再结晶
3.3.1Tnr方法
3.3.2静态再结晶建模
3.3.3应变诱发析出模型
3.3.4结合动态再结晶的先进本构模型
3.4晶粒长大
3.5相变和最终的力学性能
3.6温加工
3.7多道次条件的应力应变和组织建模
3.8先进模拟和建模技术
3.8.1CA元胞自动机模拟
3.8.2MCP模拟
3.8.3相场模拟
3.8.4耦合模拟
3.8.5常见问题
参考文献
第4章铸造模拟
4.1引言
4.1.1冶金过程的数值模拟总则
4.1.2铸造工艺模拟的原因及潜力
4.1.3解析模型和数值方法
4.2凝固机制
4.2.1均匀形核
4.2.2非均匀形核
4.2.3晶体长大
4.2.4枝晶长大
4.2.5铸锭的组织和缺陷
4.2.6连铸件的组织和缺陷
4.2.7充型与冒口
4.3工业铸造钢锭和钢坯
4.3.1连铸
4.3.2模铸
4.4铸造模拟的展望
4.4.1充型计算
4.4.2边界条件
4.4.3无量纲分析
4.4.4应力分布预测
4.4.5组织模拟
参考文献
第5章工业热处理作业模拟
5.1引言
5.1.1热处理作业数学模型的必要性
5.1.2工业过程模拟和优化：挑战和方法
5.1.3本章结构
5.2工业案例研究：棒材连续退火的工艺模型
5.2.1连续退火作业的背景
5.2.2棒束退火的工艺模型
5.2.3工艺设计：棒束与棒的考虑
5.2.4基于模型调度提高生产率
5.3工业案例研究：冷轧钢卷箱式炉退火的集成模型
5.3.1箱式炉退火的背景
5.3.2箱式炉退火控制的传热模型
5.3.3传热模型的限制：集成模型的必要性
5.3.4箱式退火集成模型：公式和优势
5.4工业案例研究：渗碳作业的成本模型
5.4.1成本模型背景
5.4.2模型公式
5.4.3渗碳作业的最优化
5.5过程模型的在线运用
5.5.1过程模型作为软传感器
5.5.2以模型为基础的过程控制解
5.5.3基于数据的过程模型
5.5.4显微组织介观模型
5.6总结
参考文献
第6章淬火模拟
6.1引言
6.2淬火过程中的相变
6.3淬火模拟技术现状
6.4传热建模
6.4.1简介
6.4.2淬火过程中的传热控制方程
6.4.3传热问题的有限单元公式
6.5相变建模
6.5.1简介
6.5.2临界温度的确定
6.5.3扩散型转变动力学模型
6.5.4等温转变模型
6.5.5非等温转变模型
6.5.6马氏体相变模型
6.5.7动力学参数的测定
6.5.8等温转变图中等温动力学参数的提取
6.5.9连续冷却转变图中等温动力学参数的提取
6.5.10应力和塑性对相变的影响
6.6力学相互作用建模
6.6.1简介
6.6.2本构模型
6.6.3混合相整体力学性能预测
6.6.4相变引起的塑性记忆损失
6.6.5力学行为控制方程
6.6.6淬火的热弹塑性公式
6.6.7热弹塑性问题的有限元求解
6.6.8相变诱导塑性(TRIP)的模拟
6.7FEA软件实现指南
6.7.1ABAQUS中的实现
6.7.2MSC.MARC中的实现
6.8总结与建议
术语
参考文献
第7章感应硬化过程模拟
7.1引言
7.2感应热处理概述
7.2.1感应热处理的发展
7.2.2涡旋电流的产生
7.2.3感应加热装置
7.2.4工件的能量吸收
7.2.5感应系统中的电磁效应
7.2.6温度分布
7.2.7感应线圈参数变化
7.2.8感应加热中的电动力
7.2.9淬火和冷却
7.3热处理线圈的建模
7.3.1感应线圈的要求
7.3.2圆柱形线圈
7.3.3其他“标准”热处理线圈
7.3.4特殊热处理线圈
7.4感应硬化系统模拟
7.4.1感应系统的物理过程
7.4.2电磁场
7.4.3材料的电磁性质
7.4.4感应硬化系统中的热力学过程
7.4.5淬火过程的换热
7.4.6物理建模
7.5数值方法
7.5.1概述
7.5.2微分模型
7.5.3有限差分法
7.5.4有限单元法
7.5.5积分方法
7.5.6数值方法比较
7.6关于数值优化
7.6.1感应加热的优化问题
7.6.2数值优化
7.6.3热处理工艺设计
7.6.4车轴硬化优化设计
7.7结论
参考文献
第8章激光表面硬化模拟
8.1激光材料加工进展
8.2激光光学和光束特性
8.2.1单透镜聚焦
8.2.2焦距
8.2.3焦数
8.2.4焦点处的光束直径
8.2.5焦深
8.2.6激光束表征
8.3激光吸收率
8.3.1温度的影响
8.3.2吸收测量技术
8.4激光表面硬化
8.4.1激光加热和冷却
8.4.2激光硬化过程中的冶金学
8.4.3钢的奥氏体化
8.4.4硬化深度的数学预测
8.4.5计算温度循环的方法
8.4.6热流模型
8.4.7材料激光硬化和熔化的热分析
8.5激光表面硬化后的残余应力
8.5.1背景
8.5.2热应力和相变应力的测定
8.5.3计算残余应力的简单数学模型
8.5.4用数值模拟方法确定应力
8.5.5评估残余应力分布的简单方法
8.5.6预测硬化轨迹和优化工艺
8.5.7模型应用
8.5.8经激光表面重熔处理的微观组织分析
参考文献
第9章表面硬化数值模拟
9.1引言
9.2渗碳表面硬化技术
9.3渗氮和碳氮共渗表面硬化技术
9.4表面硬化模拟的多场耦合
9.4.1模块1）碳和氮同时扩散和析出
9.4.2模块2）传热
9.4.3模块3）相变
9.4.4模块4）应力应变分布
9.5残余应力和工件性能的关系
9.6文献典型实例
9.6.1不同角度楔形板的渗碳工艺
9.6.2纯铁脉冲离子渗氮过程中氮化层的生长及氮在Fe2～3N、Fe4N和Fe中的分布
9.6.3铁素体马氏体双相不锈钢高温气体渗氮过程中马氏体层的生长动力学
9.6.4渗碳钢中多相相变的有限元研究
参考文献
第10章热处理和化学热处理计算机模拟的工业应用
10.1阶梯轴的加热CAE
10.1.1三维温度场计算机模拟的实验验证
10.1.2优化加热工艺的CAD技术
10.2复杂形状零件淬火工艺CAE/CAPP
10.3曲轴渗氮畸变控制CAE
10.4气体渗碳CAE/CAPP/CAM
10.4.1齿轮渗碳工艺CAE
10.4.2智能型密封箱式炉生产线CAM
10.5基于计算机模拟的动态可控渗氮技术
10.6热处理设备的智能CAD
10.7大型钢模块淬火冷却虚拟生产
10.7.1P20塑料模具钢淬火工艺模拟与设计
10.7.2静止水淬火
10.7.3小结
参考文献
第11章钢热加工过程建模的展望
11.1热加工过程建模与计算机模拟存在的问题
11.1.1工程技术方面的问题
11.1.2基础理论方面的问题
11.2热加工过程建模与计算机模拟的发展趋势
11.2.1材料加工成形的建模与模拟的发展趋势
11.2.2热处理与表面改性的建模与模拟的发展趋势
11.2.3高集成度的产品CAE技术
参考文献

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钢热加工数值模拟手册 （土）杰米尔·哈坎·吉尔（Cemil Hakan Gur），潘健生 著 2016年版

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