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材料设计的热力学解析 [精装] ~ 郝士明 (作者)
4 B1 r* }5 @8 x
& D+ @; e, D& `+ [ 基本信息- 出版社: 化学工业出版社; 第1版 (2011年3月1日)
- 精装: 464页
- 正文语种: 简体中文
- 开本: 16
- ISBN: 7122095258, 9787122095251
- 条形码: 9787122095251
6 p1 ^5 J' z1 t; I
内容简介 《材料设计的热力学解析》是将“材料设计问题”与“材料热力学”联系起来处理的一种尝试，也是一次对经历过研究问题的回顾性思考。但它不是简单的汇总与整理，而是包含了新的分析与探究，对所涉及的问题也做了相应的扩展。所以产生了若干有重要意义的新认识和新结论。 ( N" s# k# _' N4 Y
前几章中探讨了材料设计的4个历史阶段；分析了磁性转变和有序-无序转变的自由能同时起作用时，对高性能永磁材料设计的影响；对塑性变形储能与亚晶取向之间的联系做了热力学沟通，探讨了两者间的转变。中间两章以多元溶解度间隙作为GP区析出的基本判据，重新思考了高强Al-Zn-Cu-Mg合金的成分设计；还提出了Fe-Mn基奥氏体存在着高温和低温两种稳定性，进而对奥氏体型低温钢的成分设计提出了新设想。中间几章主要涉及Ti合金的热力学分析，提出了Ti合金相稳定化参数的概念，对TiAl合金中添加微量第三元素时的两相平衡进行了分析，导出了相稳定化参数，为定量探讨合金化问题准备了条件；明确提出TiNiNb宽滞后形状记忆合金设计必须离开TiNi-Nb连线，而利用三元(TiNb)-TiNi两相区来拓展材料设计的新空间。最后一章研究了合金钢两种表面处理的热力学和动力学问题，通过平衡碳势的概念把CDC、TD处理与我国实用合金钢的表面硬化联系了起来。 + p# k; b# X. R) A+ m6 s* q
《材料设计的热力学解析》可供材料、冶金和机械等领域的科研工作者阅读，也可以作为材料类诸相关学科的研究生和高年级本科生的教学用书。
+ m) q, M" ?9 J4 ~* O& j" e8 s( |
0 y/ @( H l& ^1 \
目录序言 叶恒强 3 B& a7 A7 X) P1 S: B+ m4 T
前言 2 T ~6 [* P2 D( o4 l1 @# l- B
1 绪论 1
* n. _1 E4 y& ]( l1.1 合金设计与材料设计 1
( S4 N& z( d. v( l+ p# W1.2 材料设计的进步 2 4 V4 ~$ A* K- c
参考文献 8
+ B+ _0 {, ?+ u% C; Z0 s$ W3 e9 C6 q+ @' O5 K
2 永磁材料设计的热力学解析 10
, s, U! Q3 d4 K) C! _0 U1 Z2.1 永磁材料概说 10 : ^5 x& p5 Z8 {: K) c7 r- ` l1 L
2.2 两相分离型金属永磁材料的组织设计 12
6 m' Q' J. D3 X4 s& }$ t- H: h2.2.1 决定矫顽力的主要因素 12 . E+ a- @, ?0 [4 R
2.2.2 合金设计的组织要素 16
; H+ [) a' ?1 G6 ^2.2.3 合金设计与失稳分解 20 8 x% [. E! O' [2 |# H
2.2.4 永磁材料失稳分解的起源 21
' g; W" f& w$ }' \2.3 两相分离型组织的热力学解析 27
7 a) k% ?4 M1 T2 y$ f2.3.1 多元系两相分离组织的热力学解析 27
! c' k% c8 O7 o% w3 x) I8 P2.3.2 磁性转变对两相分离组织的影响 31 9 f7 y0 `/ P" S$ y
2.3.3 有序-无序转变对两相分离组织的影响 42 2 d: Q+ a% g: \! M+ d
2.3.4 实际Alnico合金中两相分离组织的热力学分析 54
, Z, Q+ N" h) C# S. e" g8 S& K参考文献 65 0 B; `+ a& k. M; k+ @
; D3 @" q4 n; d a! q+ {5 l; c1 T
3 Cu-Fe-Ni双相纳米材料设计的热力学解析 67
5 X/ w: u- [2 n c: C3.1 一种双相纳米材料的设计 68
% F: K' Q. v5 U/ F7 U$ L0 _( |3.2 Cu-Fe-Ni系合金相图的实验测定与热力学计算 71 . B3 x& H H9 U- J B
3.2.1 Cu-Fe-Ni系相图的扩散偶法测定 71
% |6 P; i8 n$ s- [7 }3.2.2 Cu-Fe-Ni系相图的热力学计算 78
0 X, n2 E5 k# L b5 q3.2.3 等体积分数合金失稳分解的驱动力 81
% O7 w) Q2 H# u! w0 F( `, H3.3 Cu-Fe-Ni失稳分解合金的双相细晶组织与性能 84 + f7 m- @( J6 }/ L) [
3.3.1 等体积分数合金的组织学研究 84
, e4 X. O; ` V; K* x( x8 ^3.3.2 等体积分数合金的失稳分解组织及其粗化 87 , n3 ]0 z( q9 b% @& @3 S
3.3.3 合金失稳分解的硬化效应分析 88
5 a/ | Y3 Q* X3.3.4 塑性变形后合金失稳分解硬化效应分析 91 ( q& H# ^9 u7 K7 Q, {- p
3.4 Cu-Fe-Ni合金失稳分解双相细晶组织的控制 93
2 n+ V: X6 B4 ]0 t8 L6 }: y: _8 c9 C3.4.1 失稳分解组织的形态与取向控制 93
, C- w3 D# f1 v6 f3.4.2 塑性变形储能与位错密度 96
: b2 S. ~) @# f% B' ]' l3.5 Cu-Fe-Ni合金失稳分解组织的不连续粗化 98
; `2 e6 c5 ^" F5 S2 m( ?7 z3.5.1 不连续粗化组织的形态特征 98
" G8 V0 X- o& ?3.5.2 不连续粗化的动力学特征 100 6 z: |. G# `" n7 }. N; P% V1 G
3.5.3 不连续粗化的力学性能特征 102
. ^7 A# D8 O: m- v3.5.4 不连续粗化的激活能 104 ( I8 I% E3 S4 v" d9 k
3.5.5 等轴细晶双相组织 105 2 V2 ~9 R0 g, `. y
3.6 具有失稳分解组织的Hall-Petch关系 107
J, c5 g* I$ a9 H$ ?* G3.6.1 Cu45Fe25Ni30单相合金的再结晶 107 ( N" f! X+ J$ D4 h& Q
3.6.2 细晶强化与失稳分解强化 108
c- Y2 s- p+ G! F$ M参考文献 111 0 \9 {) J2 H9 c' P; k/ [! g
, R) \- H, ]( X; }: F4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计的热力学问题 113 ; U& @, o6 z2 B1 U
4.1 Al-M二元合金的固态Al端溶解度 114
2 u* T9 z. b- Z" t( r9 k8 ]4.1.1 纯元素在Al固溶体中的溶解度 114
' y! p+ g! C8 a1 H& }* d9 {4.1.2 化合物形成元素在Al固溶体中的溶解度 115
/ v1 N0 k" U3 m; b% J: f$ E8 h( n; P9 C4.1.3 Al固溶体的溶解度分析 118
5 E+ `% w9 a/ N# }8 k1 G4.2 Al-M二元合金中的溶解度间隙 119
+ ]& }$ \- K7 V/ R7 @% w4.2.1 Al-Cu系的GP区形成与溶解度间隙 120 * c4 p/ b7 ~9 Z: ]# A2 B
4.2.2 Al-M系溶解度间隙的热力学 123 6 z3 s$ e& G% X7 s% U0 C
4.2.3 Al-Zn系fcc固溶体的溶解度间隙 125
2 Q& U/ {0 k/ @+ q) W0 G4.2.4 Al-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 127 ) D0 {; w V4 {% a3 ]' M- s. m9 o
4.2.5 Al-Ag系fcc固溶体的溶解度间隙 129
; c1 W+ p0 q& ~# e2 B, t4.3 Al-Zn-Mg-Cu多元合金系中的溶解度间隙 130 4 L" h5 o; D f. t I. d% f' d
4.3.1 Al-Zn-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 130
/ K9 j4 ]- l- R5 \. Q4.3.2 Al-Cu-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 131 " u m( z) y- d. `# g; I5 v
4.3.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体的溶解度间隙 132 5 @& e7 a$ l3 M# ]
4.4 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的实验研究 134 % r) x3 c1 Y. T) X
4.4.1 低Cu溶解度间隙实测的特殊扩散偶法 135
6 D+ F4 }& W/ d) E" h4.4.2 Al-Zn-Cu系低Cu侧溶解度间隙的实测结果 137
# R, g7 @) _- C# D4.4.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的热力学计算 144 1 I8 D, w! B) n, s
4.4.4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计要点 148
; f, ^$ u6 X* ?4.5 Al-Zn-Cu系低温区相平衡的热力学研究 149
/ r! u' M/ X4 ~2 o% q6 k4.5.1 Al-Zn-Cu系中的T相 150 . L6 k1 D; U2 c8 m9 ~6 J3 _
4.5.2 Al-Zn-Cu系200℃\低Cu侧相平衡 152
: C; y9 k" @+ Z# [" t- E4.5.3 Al-Zn-Cu系室温低Cu侧相平衡 155
. L' y& X/ O' C6 E+ M4.6 Al-Zn-Cu系合金相变的热力学与动力学问题 160
) J+ N7 s5 v2 _% ^4.6.1 Al-Zn合金的不连续分解行为 160 - d. a( a9 Z9 y' w
4.6.2 Cu对Al-Zn合金失稳分解的影响 165
) Z& \8 d7 Z, m i( Y# [4.6.3 少量Cu对Al-Zn合金fcc固溶体扩散行为的影响 169 ) F1 |% ?: g& a8 S3 I. G4 R
4.6.4 少量Cu对Al-Zn合金不连续分解的影响 173
- ?9 C; O- J7 V; ^5 C4.6.5 少量Cu致Al-Zn合金组织异常细化与亚稳相变 177 , k' \; p% H+ r% c. v5 H; X/ ~
参考文献 183 % E% }0 P4 K7 N' c6 z
- L8 g& ?. f. [4 `/ O1 O
5 Fe-Mn-Al低温合金的设计与热力学解析 185
% v7 A& a9 J. Z& g8 }& l& L5.1 低温合金概说 185
& U6 i6 `0 F+ ?6 t5.2 bcc结构低温钢的组织与成分分析 187
7 D G. A0 B/ X) {! d8 C5.2.1 相结构与韧脆转变温度 187 1 q8 W- B; X$ q; e% M
5.2.2 影响韧脆转变温度的因素 189 1 {+ E) i# k: u$ e' ?) i
5.2.3 bcc结构低温钢的设计 194
: W* @' d" F' A7 W5.3 fcc结构低温合金的组织与成分设计 196 ! v% W& g$ [" p+ Q6 R
5.3.1 fcc结构低温合金的韧性特征 196
' [5 {% S5 |1 {& n* r- ?" Y5.3.2 Ni-Cr合金化 197 h6 j/ W" a, D( J5 t* q9 ^6 s
5.3.3 单纯Mn合金化 197
: L2 u7 e9 H" R5 E2 i5.3.4 Mn-Cr合金化 198
# y+ ?) e: \% E5.3.5 Mn-Al合金化 201
2 B; m6 _; X7 w/ a% ~" \5.4 奇异的奥氏体低温稳定性 202 # {: A% X {& {1 f! ^4 R
5.5 Fe-Mn-Al系合金相图的研究 208
2 z7 D1 }2 ~8 x! ?1 {5.5.1 Fe-Mn-Al系合金相图的研究概况 208 6 G" E, \; o$ F# h2 C7 {
5.5.2 Fe-Mn-Al系合金相图的研究方法 211 ' y8 }+ k9 W- ]; V; g% s2 o7 p
5.5.3 Fe-Mn-Al系合金相图实验研究的主要结果 215
( X7 z7 @) ~2 M& F( Q# h% ]' t+ k5.5.4 Fe-Mn-Al系合金相图研究的最新进展 228
! ?7 P- i- d N9 v7 C' f5.6 Fe-Mn-Al系低温合金成分设计分析 231 . v: u! H9 j# p+ A; t* Y& l
参考文献 233 , H- O1 U6 F' |8 G; D% ?
0 g0 Z1 b) g+ \; Z& {( }6 钛基合金的热力学解析 235 / j; d9 f3 g- ?- M: V( H8 F
6.1 基础系统相图 236 1 f% C) E% g% w# I+ F" X* i( `8 ~' x
6.1.1 Ti-Al系二元相图 236
4 A p8 _# Q' n9 B! H6.1.2 Ti-O、Ti-N系二元相图 241 5 I! ^% x5 `( D7 c
6.1.3 其它元素相平衡的影响 243 0 ?" X0 e* D% _8 s
6.1.4 Ti-Mo、Ti-V系二元相图 243 ) E. r4 X8 I! u) ^
6.1.5 Ti-Al-V系三元相图 244 ) E) k( k. e5 N. R, p/ ?; B
6.1.6 Ti-Al-Mo系三元相图 249
$ x$ R$ N7 c5 }4 [ r) J& q6.2 纯钛的相变自由能 250
) `1 f/ I% Z4 P* X: E2 J2 d4 y$ O6.3 钛合金的相稳定化参数 253
x/ }' I o& _% i3 o9 K# a8 A! j6.3.1 Ti基固溶体间的相平衡 253
) f7 v$ D5 p% M( B* w0 _0 @% w6.3.2 Ti基二元合金的相稳定化参数 255 * \( i* _% S( }5 U
6.4 钛合金的T0线与T0面 258
5 P) F' W9 K) w6.4.1 二元系的T0线 258 6 B5 I8 j1 @. t# e4 P
6.4.2 铝当量和钼当量 259
" S! o& \/ e+ S; G2 V$ {6.4.3 多元系中的T0面 262 % R( W2 E$ P) \9 l
6.5 钛合金的马氏体转变温度 263 & k. B" G/ U5 ?2 ^0 N& w8 M# r
6.5.1 钛基合金的组织与马氏体相变 263 2 x7 ]$ z$ W4 T+ c5 I: t
6.5.2 马氏体转变开始温度 265 7 i; ]" ]0 C3 J+ e2 Y! B, o/ @
6.6 钛合金中微量元素作用的热力学解析 269 & X" A: x7 i* |
6.6.1 Ti-Al-It系中的T0面与a/r相稳定化参数 269 ) R9 j P7 M; ^2 U! J' }; D! x n
6.6.2 Ti-Al-H系的a/r相变温度 271 $ i6 d+ \# y1 {+ E/ |/ n
6.6.3 Ti合金中化合物相的基本特征 274
& j* `& ^ |# [! i- F6.6.4 Ti合金中化合物相的溶解度 275 $ d2 u. s8 c6 @" C" e
6.7 Ti-X-Y三元系富钛角相平衡的预测 277
. y4 e& q3 l7 \( B& P1 K+ X6.7.1 Ti-X-Y三元系富钛角预测的意义 277
) K; `5 K+ c f6.7.2 Ti-X-Y三元系富钛角预测的依据 279 * H- x! m) u7 N& L* s
6.7.3 Ti-X-Y三元系富钛角预测的可靠性 281 @- C# S* W f7 Y, V
参考文献 282
# r0 I" k5 i: u! \* j6 t2 \) C8 L/ _" g6 A& I3 O q: d) v1 p
7 Ti-Al系金属间化合物的相平衡热力学 285 ( |' p a& K( Y* u; Q7 D
7.1 几种Ti-Al金属间化合物及其合金化 285 ' X- s6 d7 R0 ^
7.2 Ti-Al二元系的热力学分析 287
0 G0 ]3 \0 J% k( g* c# {$ ^7.2.1 Ti-Al二元相图的热力学分析 287
' x4 C' i# V2 p' q7.2.2 对于Ti-Al系相图的最新认识 292 " z( g- u2 K$ {3 K- ~7 n. `
7.2.3 Ti-Al系a/r相平衡的热力学 295
1 f+ _+ U- z/ d6 s* H" G/ O7.3 Ti-Al-X三元系的热力学分析 297 u$ p5 [- k9 x( z# [3 d
7.3.1 Ti-Al-X三元系的a/r相平衡 297
) V* K" ]0 W) Z; v( _8 @" `7.3.2 第三组元X的相稳定化参数 298
f7 s# W3 ^0 l9 P% e" a7.3.3 微量第三组元X对a/r相平衡的影响 299 6 v0 j' r# W: O% ^8 Y# T0 O6 \
7.4 Ti-Al-X三元系相平衡的实验测定 301 6 G: E y' z! J! p
7.4.1 Ti-Al-Nb三元相图的实验测定 301 6 q c7 f$ Y; |# D% \
7.4.2 Ti-Al-Nb三元系a/r其它温度相平衡的实验测定 306
3 u6 X- h+ G: h- ], \6 C7.4.3 Ti-Al-Cr三元系各温度相平衡的实验测定 307 + V# [, ^) Z5 T. ? `
7.4.4 Ti-Al-X三元系a/r相平衡实验规律分析 311 ; P/ c# Y# a; f( L0 A' P
7.5 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡 314 : T0 T' z, ]9 P9 d! H: N
7.5.1 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡研究方法 314 / P+ p' a$ u" @
7.5.2 Ti-Al-Cr-Fe四元系的a/r相平衡 318 & X3 [. P! F8 f/ d
7.5.3 Ti-Al-Cr-Si四元系的a/r相平衡 320 6 I; a( i" q A4 M X9 {. _
7.5.4 Ti-Al-Si-Nb四元系的a/r相平衡 323 ! }4 e4 H. x$ ~+ |+ i
7.5.5 Ti-Al-Fe-Nb四元系的a/r相平衡 325
, g2 v' v# ]1 R$ S7.5.6 Ti-Al-Cr-Nb四元系的a/r相平衡 325
% h, Y* m; Q( o1 o3 K" x3 W+ T7.6 Ti-Al系的相变与粗化转变 327
E0 S4 r J3 g9 V7 J/ u7.6.1 1120℃相变的性质 327
. t, t2 D& A6 m& M9 r4 Z7.6.2 相的形态与形成机制 330 0 U8 W! s& D6 G3 }& a+ s' j8 G
7.6.3 片层组织的粗化 332 3 o- A! R+ R1 b
参考文献 341
; v. s- H$ A: A# ?! V2 \) P V
( ~ F# m- g1 G; g. {8 TiNiNb宽滞后形状记忆合金设计的热力学 344
5 j* m9 Q2 ~9 ]- _* f: {8.1 宽滞后形状记忆合金概说 344 , g' z! L7 {0 H. I# y( w' @
8.1.1 增大相变温度滞后的意义 345
4 N$ q( W& b2 E! D8.1.2 增大相变温度滞后的热力学原理 348 ; O7 u9 O9 D' d! u: ]& {; {1 M1 w9 a
8.2 Ti-Ni-Nb三元系相平衡的实验测定 355
7 @4 x) s6 G' ^- t8.2.1 Ti-Ni-Nb三元相平衡的扩散偶法研究 355 # Q6 X7 ~1 |0 [: \2 G0 ]4 D4 R
8.2.2 Ti-Ni-Nb系扩散偶的设计与制作 358
1 Q( C* U% P7 E5 s9 @* n1 z) O2 i8.2.3 Ti-Ni-Nb系相平衡特点与分析 361 . E4 M9 ]1 O4 Y- Z6 B2 C
8.2.4 Ti-Ni-Nb系相图对合金设计的重要启示 378 6 K$ O# m; \7 l, r- ^4 ^1 l* f
8.3 Ti-Ni-Nb三元相平衡研究的发展 380 1 a& ~' G4 v) k7 C
8.4 TiNiNb合金马氏体相变的热力学解析 386 # Y4 u8 j+ R" f) {
8.4.1 TiNiNb合金的热容 387 @0 m+ T' ^0 T0 F T3 i! B
8.4.2 TiNi-Nb合金马氏体相变热效应的热力学分析 390 / l* d" r1 [3 B, ~* t. i
8.5 TiNiNb合金的相组成与结构 392 1 W. q6 `' M! @" B8 k$ J+ a' s
8.6 TiNiNb合金的相变温度滞后、应变恢复率与组织 396 0 `3 m# ^* ]/ T; y
参考文献 400
8 [7 Y& x; u% p3 ]8 X3 I: J" N/ C; ?1 T
9 CDC处理与TD处理的热力学与动力学 403
% j( O- L4 K" c$ I* a9.1 CDC处理概说 403 * j5 E3 h2 f5 Z3 j6 U g' I
9.1.1 关于碳化物形成能力 403
$ S! c/ p' K: h0 y# W' A9.1.2 CDC处理的基本原理 405 : L% r2 m; S! N
9.1.3 CDC处理的类型 409 - H6 t5 `* W/ i2 z/ i7 W# I, a
9.2 CDC处理组织与性能的主要问题 412 ! O1 \ v9 r0 O. M
9.3 CDC处理的热力学——碳势设计 418 - k. l0 v; |2 Z, v O5 K
9.3.1 等碳活度线 418
8 r5 Q: x2 O+ W0 Z, r% G% O! G9.3.2 合理碳势范围的设计 421
" @( p* I A, o& n5 q. t( K9.3.3 Fe-M-C合金钢CDC处理最低碳势设计步骤 422 0 \. K. w Z% E0 }
9.3.4 防止Fe3C亚稳析出的CDC碳势设计步骤 423 4 P5 z8 Q0 u) j
9.3.5 防止Fe3C稳态析出的CDC碳势设计步骤 424 " Y7 V$ L( k6 g U
9.3.6 商用合金钢的CDC碳势设计 425 . Q H+ `8 f }$ ]
9.4 双层材料的CDC处理 433 " x7 p# y" \2 W0 N0 Z
9.4.1 CDC处理的双层材料 434 % n* V9 A. P% d2 \' u2 X
9.4.2 双层材料CDC处理组织 437 7 G1 F/ n& }- y6 s$ A1 H
9.4.3 双层材料CDC处理后的性能 439
6 X( h7 N9 d6 U9.5 几组重要的Fe-C-X系相图 441
2 s0 t" U% q2 ]5 ]& q" N! L9.5.1 Fe-C-Cr系 441 . g: K6 y" z8 j" C, x2 A" D
9.5.2 Fe-C-Mo系和Fe-C-W系 444 / @" ^7 p* C7 z
9.5.3 Fe-C-V系 446 8 z* j5 Q: q. f( o
9.5.4 Fe-C-Ni系 447 ! e S8 P& t/ g1 C0 X; `0 p5 w( }
9.6 TD处理的热力学与动力学 448
% G7 ^" V& g% z3 O) O# C9.6.1 TD处理表面覆层的形成原理 448
; k. g( |9 p5 v* t F h9.6.2 碳化物内碳活度差的解析 450 0 `6 ~1 ]6 S1 a" L+ F' S
9.6.3 TD处理的动力学 452 4 h+ ?# f& Y D' Y& c4 @3 c& l5 p
9.6.4 TD处理动力学的实证 454 % e, F8 p3 k3 I6 [2 H) g: U% T
参考文献 456 ; Y: C- N/ J& k& {6 |/ p1 [
索引 458 % [2 U7 y+ V& r* B0 O+ @2 d- x
后记 464 |
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发表于 2012-3-27 16:27:46