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材料设计的热力学解析 [精装] ~ 郝士明 (作者) " }9 d1 a2 }$ V: A& F2 d% t: J
: R/ w& y0 `. j
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
( v9 o# X$ y$ ]) w1 Q( t. |
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。 3 a$ S, {: {* v7 Q2 m
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。
8 o! M0 P/ b' N; Z 《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。 * s$ B1 t+ c# F' ^: }
Q. @- A- ^9 ^: O* o! b
% B6 G1 p; A6 r" u0 I9 i" h目录序言 叶恒强
5 K/ o' A- M" j: n/ ]前言 / e4 o/ Y" r& S7 n
1 绪论 1
. E* n+ j( ^6 U/ y* s1.1 合金设计与材料设计 1
6 A! h# Q" a) q2 p. F1.2 材料设计的进步 2 3 Y9 ]& M- L. H7 [: w% f
参考文献 8
$ J/ T$ l/ {/ p5 q; Z9 E# g3 C% W$ R2 B. u7 r9 R/ B
2 永磁材料设计的热力学解析 10
4 y4 S" m$ x. C1 {% ~* a5 Q2.1 永磁材料概说 10 # ]- v2 w/ I" Y7 f
2.2 两相分离型金属永磁材料的组织设计 12 % M8 r: O6 n8 M
2.2.1 决定矫顽力的主要因素 12 + c3 r* l1 |# G9 J8 L' B/ ]! p" I" B
2.2.2 合金设计的组织要素 16 2 z1 q% k- g; n
2.2.3 合金设计与失稳分解 20
3 b$ B' q# Z. Q5 F/ }2.2.4 永磁材料失稳分解的起源 21 ! @# G2 @4 ^* A% d# r
2.3 两相分离型组织的热力学解析 27
/ i7 K1 o3 J: O3 X" B6 b2.3.1 多元系两相分离组织的热力学解析 27 $ ?& t$ b) ~7 j, V( Y
2.3.2 磁性转变对两相分离组织的影响 31 % @) Z4 k: L3 S6 ?
2.3.3 有序-无序转变对两相分离组织的影响 42
" i) {7 E$ S% |6 i2.3.4 实际Alnico合金中两相分离组织的热力学分析 54
! S' U( h! Y: c2 k5 E6 N参考文献 65
# F w. J- N; H& ?( u) | q3 s+ @( @ e- A6 b9 a& h
3 Cu-Fe-Ni双相纳米材料设计的热力学解析 67
+ x* q4 {, c+ I- {# A a3.1 一种双相纳米材料的设计 68
9 V b+ q% D3 E0 Y" g- U& ~/ v3.2 Cu-Fe-Ni系合金相图的实验测定与热力学计算 71 + T$ f$ ]3 q* r' B, ?, N' h
3.2.1 Cu-Fe-Ni系相图的扩散偶法测定 71 ; Z) P1 q* Q* M
3.2.2 Cu-Fe-Ni系相图的热力学计算 78 % S- n6 m' _* ^4 {4 j
3.2.3 等体积分数合金失稳分解的驱动力 81
( r. n, q/ B s! J3.3 Cu-Fe-Ni失稳分解合金的双相细晶组织与性能 84 2 m2 g* D1 U+ `, p G- l6 T4 b
3.3.1 等体积分数合金的组织学研究 84 : b8 K, @1 r) M+ k
3.3.2 等体积分数合金的失稳分解组织及其粗化 87
* \ r, G+ r1 _! p& I* }; `$ N5 J% f3.3.3 合金失稳分解的硬化效应分析 88 . M- D' p/ R" k& x
3.3.4 塑性变形后合金失稳分解硬化效应分析 91
+ u+ E9 U1 H+ j4 O. q% |$ D5 S3.4 Cu-Fe-Ni合金失稳分解双相细晶组织的控制 93
+ P# N8 ]2 c, R6 c5 Y3.4.1 失稳分解组织的形态与取向控制 93 $ @! Q3 f3 s, K
3.4.2 塑性变形储能与位错密度 96
1 p0 X' U$ v1 _& Q% I3.5 Cu-Fe-Ni合金失稳分解组织的不连续粗化 98
$ W1 L3 v8 O: T' u; X4 W; z& r3.5.1 不连续粗化组织的形态特征 98 5 f4 @2 d; ^( d3 K
3.5.2 不连续粗化的动力学特征 100
6 I, U7 H- v3 f* o( N( N3.5.3 不连续粗化的力学性能特征 102 * M" D7 n U: C$ ?5 Z+ X1 k
3.5.4 不连续粗化的激活能 104
0 K- B* x$ L) f+ D0 O/ q3.5.5 等轴细晶双相组织 105 ) g. W' z( \" k4 C
3.6 具有失稳分解组织的Hall-Petch关系 107
8 d6 m- r K" y& l3 X# M/ S [0 c% O4 R3.6.1 Cu45Fe25Ni30单相合金的再结晶 107 6 i2 F/ C. q1 h* U( M0 K3 R/ I
3.6.2 细晶强化与失稳分解强化 108 6 ?) |. z) M1 ~
参考文献 111
( [/ X" P$ p+ R2 p4 N1 F4 y$ o( D* Q
4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计的热力学问题 113
7 E6 q; P( p* d+ u' \; f4.1 Al-M二元合金的固态Al端溶解度 114 $ ^" d, }0 r9 x( G2 I
4.1.1 纯元素在Al固溶体中的溶解度 114
% X- g: _5 C3 _ a4.1.2 化合物形成元素在Al固溶体中的溶解度 115 ; b( n$ Z9 b) t
4.1.3 Al固溶体的溶解度分析 118 " D) s' C5 j/ `& Z
4.2 Al-M二元合金中的溶解度间隙 119
9 R% ^: ~% W, q/ v" v4.2.1 Al-Cu系的GP区形成与溶解度间隙 120 8 i. A$ `" W; }0 L; B# i/ e
4.2.2 Al-M系溶解度间隙的热力学 123 ; @9 M8 w+ a' O7 i2 H9 R
4.2.3 Al-Zn系fcc固溶体的溶解度间隙 125 6 e9 L/ m! t! t. K( W! c
4.2.4 Al-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 127
# c' C+ z' E* w4.2.5 Al-Ag系fcc固溶体的溶解度间隙 129 0 `6 R+ }4 ^/ }; f' H
4.3 Al-Zn-Mg-Cu多元合金系中的溶解度间隙 130 4 O6 H H1 i0 R, [( G
4.3.1 Al-Zn-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 130
% }1 U7 c; ^. z5 J0 v" E- ~4.3.2 Al-Cu-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 131
: |5 t3 y* W2 L/ J" s9 \4.3.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体的溶解度间隙 132
3 e8 \' g9 G" d8 O$ d: a4.4 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的实验研究 134
8 z% d8 J- k% y' P5 g- y9 B4.4.1 低Cu溶解度间隙实测的特殊扩散偶法 135
: ]. B v" r, z! @5 F, j% B9 L6 Y+ ]4.4.2 Al-Zn-Cu系低Cu侧溶解度间隙的实测结果 137
! S- |: K# H u4.4.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的热力学计算 144
t$ o v$ n% t Q4.4.4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计要点 148 ! i# d* p9 J, o
4.5 Al-Zn-Cu系低温区相平衡的热力学研究 149 5 P- ?7 W% k+ o3 K: }. G1 {
4.5.1 Al-Zn-Cu系中的T相 150 # g$ }) ^0 j; H; c2 p
4.5.2 Al-Zn-Cu系200℃\低Cu侧相平衡 152 K: t( E+ S3 q" r: X2 w
4.5.3 Al-Zn-Cu系室温低Cu侧相平衡 155
# n1 `+ Y1 U1 G' `3 S) ^4.6 Al-Zn-Cu系合金相变的热力学与动力学问题 160 & ?2 h' t+ f, K$ S3 O6 f
4.6.1 Al-Zn合金的不连续分解行为 160
' F* ]) V+ J$ u) R" A' @4.6.2 Cu对Al-Zn合金失稳分解的影响 165
$ w; }% e3 k6 j: c% v4.6.3 少量Cu对Al-Zn合金fcc固溶体扩散行为的影响 169 8 o( h& E' H& p' ?, Q3 ?
4.6.4 少量Cu对Al-Zn合金不连续分解的影响 173 ) b6 `- K7 q# C% }! \
4.6.5 少量Cu致Al-Zn合金组织异常细化与亚稳相变 177 K) ^! T4 f* [( k( r4 C
参考文献 183 / r* Y$ M2 C( v, B
7 O- A. Z* \- S; T
5 Fe-Mn-Al低温合金的设计与热力学解析 185
4 v# [. Y0 H! |6 n" F' _ J' w5.1 低温合金概说 185
- h/ ]3 S! Y1 j W5.2 bcc结构低温钢的组织与成分分析 187
: Y6 ~' s( P3 c/ k$ b. `5.2.1 相结构与韧脆转变温度 187
% ]6 r& S* [, n: i2 H$ a5.2.2 影响韧脆转变温度的因素 189 * f% ~6 k" Z6 q6 L4 g9 T
5.2.3 bcc结构低温钢的设计 194
( H% L1 }- A U. j/ K( Y" ~2 {5.3 fcc结构低温合金的组织与成分设计 196
2 i8 R- r1 u! \, U! w5.3.1 fcc结构低温合金的韧性特征 196
Q2 w$ f. Z4 W! A5.3.2 Ni-Cr合金化 197 - H! S* V! v" G9 m- I
5.3.3 单纯Mn合金化 197
) u8 _; F8 c# U2 U' I5 e5.3.4 Mn-Cr合金化 198 : e* ~ w; D( Q8 ?. t& H
5.3.5 Mn-Al合金化 201 7 w7 x" B% C8 O; |4 R! Y; u
5.4 奇异的奥氏体低温稳定性 202 1 M$ k) O$ H+ r# y( |
5.5 Fe-Mn-Al系合金相图的研究 208 ; O) u, o" h. `* c
5.5.1 Fe-Mn-Al系合金相图的研究概况 208
. d% L$ p* P7 `5.5.2 Fe-Mn-Al系合金相图的研究方法 211 1 h* O/ h/ \9 A
5.5.3 Fe-Mn-Al系合金相图实验研究的主要结果 215
* r% h( ]0 I1 a9 {& U& y5.5.4 Fe-Mn-Al系合金相图研究的最新进展 228
$ G9 c4 g. w: R/ C5.6 Fe-Mn-Al系低温合金成分设计分析 231 * r; A. W3 R3 M& w# k
参考文献 233
/ b, [. i; Q4 v) z" f! p4 Z8 p* t6 c! l- g& z
6 钛基合金的热力学解析 235
5 z. j2 G" t% ^7 H+ o- T" ?/ ^9 k; m D& _6.1 基础系统相图 236 . O* }. A, v" o% b. h: L. t0 d' z
6.1.1 Ti-Al系二元相图 236 5 U, Q1 k. f' }( g/ c
6.1.2 Ti-O、Ti-N系二元相图 241
# M5 x% Q5 X P* F# n6.1.3 其它元素相平衡的影响 243 5 `/ e" F$ b. A: { B! ^9 S2 v2 H0 N
6.1.4 Ti-Mo、Ti-V系二元相图 243 ' T# C4 m+ I3 u; z: N; a
6.1.5 Ti-Al-V系三元相图 244 8 K, F% S% A) p# e& Z
6.1.6 Ti-Al-Mo系三元相图 249 * E/ u. g- d0 m" Q q$ Z- L6 P
6.2 纯钛的相变自由能 250 . m0 A) b t6 C% }: B
6.3 钛合金的相稳定化参数 253
D$ U3 V) {' v+ y ^) {% G/ c6.3.1 Ti基固溶体间的相平衡 253
" {: [. v5 i. X( r6.3.2 Ti基二元合金的相稳定化参数 255 $ _. U" X! ^' U1 [9 F3 m' _
6.4 钛合金的T0线与T0面 258 9 u1 k# }0 J& H
6.4.1 二元系的T0线 258 $ |% `7 p! Y0 F
6.4.2 铝当量和钼当量 259 / h" l! L8 t/ Z7 K
6.4.3 多元系中的T0面 262
2 e' R" c2 K3 m9 \' S0 _/ s9 H0 e6.5 钛合金的马氏体转变温度 263
8 c0 U$ G$ Y) d% W6.5.1 钛基合金的组织与马氏体相变 263 ( o9 A8 n4 `5 S+ Y+ _; Z
6.5.2 马氏体转变开始温度 265 ; m k( l. f3 N @. X) E. F
6.6 钛合金中微量元素作用的热力学解析 269 9 C6 j) | w: h3 }5 Q' d* \
6.6.1 Ti-Al-It系中的T0面与a/r相稳定化参数 269
h3 z& |8 N# B0 X8 Q6.6.2 Ti-Al-H系的a/r相变温度 271
9 A1 b" M$ u+ z6.6.3 Ti合金中化合物相的基本特征 274 - k7 }4 f+ g7 E1 d( w! a
6.6.4 Ti合金中化合物相的溶解度 275 * s a& r1 ?9 c4 r! o5 w. T' K
6.7 Ti-X-Y三元系富钛角相平衡的预测 277
) C) H p- I" o4 a6.7.1 Ti-X-Y三元系富钛角预测的意义 277 " g) b' I* }# T; @
6.7.2 Ti-X-Y三元系富钛角预测的依据 279 9 I) b+ }" A# y3 ]
6.7.3 Ti-X-Y三元系富钛角预测的可靠性 281 " b5 T) X7 @2 x
参考文献 282 ! g6 V+ @; ^" C5 z8 x) p
: E r( E* }* W
7 Ti-Al系金属间化合物的相平衡热力学 285
: N# x& D& U% J( r' V7.1 几种Ti-Al金属间化合物及其合金化 285
. g2 x8 I1 M4 d; S7.2 Ti-Al二元系的热力学分析 287 , R9 c1 z5 ?0 V0 W" O3 z& h8 z
7.2.1 Ti-Al二元相图的热力学分析 287 ' U) m+ a+ K9 ~7 k: S
7.2.2 对于Ti-Al系相图的最新认识 292 . \4 ?$ `& K& Y1 r
7.2.3 Ti-Al系a/r相平衡的热力学 295
) b$ ]* h3 J. D3 A7.3 Ti-Al-X三元系的热力学分析 297 2 r: m) W: P* o" E H) V
7.3.1 Ti-Al-X三元系的a/r相平衡 297 ( j, y' l% Y7 P
7.3.2 第三组元X的相稳定化参数 298 2 k3 N% S q! T/ q
7.3.3 微量第三组元X对a/r相平衡的影响 299 9 i2 Q7 T" i" @( c I
7.4 Ti-Al-X三元系相平衡的实验测定 301 ) M I: d' M$ T8 ~8 Q
7.4.1 Ti-Al-Nb三元相图的实验测定 301
8 h# c! M4 z% G0 f7 h7.4.2 Ti-Al-Nb三元系a/r其它温度相平衡的实验测定 306
, i% D1 d. p3 X7.4.3 Ti-Al-Cr三元系各温度相平衡的实验测定 307
' ]0 n" n: V2 ^/ C: e* w% }# K7.4.4 Ti-Al-X三元系a/r相平衡实验规律分析 311 9 X8 s: B4 }' u s/ }1 c( w
7.5 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡 314 7 K' |& l `: Y
7.5.1 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡研究方法 314
5 e) y; d# R0 j/ s4 ]7.5.2 Ti-Al-Cr-Fe四元系的a/r相平衡 318
- T# I) k% k9 w) B4 `! L% c' n7.5.3 Ti-Al-Cr-Si四元系的a/r相平衡 320 2 P+ M0 l+ a1 N8 C
7.5.4 Ti-Al-Si-Nb四元系的a/r相平衡 323 0 [9 V" v* O% K w0 Z, g6 b {* O% E
7.5.5 Ti-Al-Fe-Nb四元系的a/r相平衡 325
6 Z2 C/ t% Z0 p$ T) ~3 q: Q. ^7.5.6 Ti-Al-Cr-Nb四元系的a/r相平衡 325
9 o+ l' S. [7 ?7.6 Ti-Al系的相变与粗化转变 327
: L1 a9 H$ K/ h: \7.6.1 1120℃相变的性质 327
- A- i3 w7 H$ G G6 @8 ]% w7.6.2 相的形态与形成机制 330 ) ?4 W: s6 w% N4 I
7.6.3 片层组织的粗化 332 u; ]: R8 Q, k2 |- T4 r
参考文献 341 & v# @8 y {! B; z- d" H
$ x7 E b2 { h# |
8 TiNiNb宽滞后形状记忆合金设计的热力学 344
! ?7 t+ Y: U; U7 T( o: a8.1 宽滞后形状记忆合金概说 344 5 d$ k9 l: C' v9 D
8.1.1 增大相变温度滞后的意义 345
; i4 L& \' W& D) b8 B8.1.2 增大相变温度滞后的热力学原理 348 " f. y' d5 @8 `: U% s6 y9 C
8.2 Ti-Ni-Nb三元系相平衡的实验测定 355 - ^) h6 j5 U3 R, w
8.2.1 Ti-Ni-Nb三元相平衡的扩散偶法研究 355
' Q' \/ x9 |! l4 k8.2.2 Ti-Ni-Nb系扩散偶的设计与制作 358 : y3 _& B0 z( |) X6 g; O) n4 y
8.2.3 Ti-Ni-Nb系相平衡特点与分析 361 , R0 u; s( }$ s9 A# @
8.2.4 Ti-Ni-Nb系相图对合金设计的重要启示 378 $ R! [7 j& P6 J, e: _
8.3 Ti-Ni-Nb三元相平衡研究的发展 380 6 v1 R1 x) |5 r9 {- P8 V" B
8.4 TiNiNb合金马氏体相变的热力学解析 386
3 w- u7 g8 h# o$ w' A, s8.4.1 TiNiNb合金的热容 387
6 E9 b9 R4 l7 ?) l0 d8.4.2 TiNi-Nb合金马氏体相变热效应的热力学分析 390 0 Z7 [* c7 `4 y7 g% J1 o! q
8.5 TiNiNb合金的相组成与结构 392
( }1 x) j! v, X7 D8.6 TiNiNb合金的相变温度滞后、应变恢复率与组织 396
6 r H0 M' m1 `9 \8 C参考文献 400 7 M. i7 w# r2 v1 Y+ e
, F7 _( o; ]$ r+ W
9 CDC处理与TD处理的热力学与动力学 403
4 w- u8 D: c6 [! P9.1 CDC处理概说 403
( @. b# Y- E) w8 |5 T/ S* k' V8 L) ~! X9.1.1 关于碳化物形成能力 403 ' `* K9 K' w8 Q; Y
9.1.2 CDC处理的基本原理 405
" n) {, \. k" l/ e4 P9.1.3 CDC处理的类型 409
; |& M9 D1 N3 N, Q! `1 F. X9.2 CDC处理组织与性能的主要问题 412 ; K1 j Z. X4 H
9.3 CDC处理的热力学——碳势设计 418 L( C8 h# n2 Z2 P% i I
9.3.1 等碳活度线 418
& o ?% j- `+ V! g' _9.3.2 合理碳势范围的设计 421 ' l# J$ E4 h6 h3 L: Y0 ^
9.3.3 Fe-M-C合金钢CDC处理最低碳势设计步骤 422 ; P ]/ Q0 U2 u+ N$ F
9.3.4 防止Fe3C亚稳析出的CDC碳势设计步骤 423
/ L3 R9 } `2 A9 W! U. _9.3.5 防止Fe3C稳态析出的CDC碳势设计步骤 424 # O/ G! ?" y2 t8 ~
9.3.6 商用合金钢的CDC碳势设计 425 : x6 N( W- l6 T+ q& y r, _6 K
9.4 双层材料的CDC处理 433 # N# _: F6 _+ r/ B( U& E
9.4.1 CDC处理的双层材料 434 " B0 w3 ?1 l- B1 p' o0 `! `1 H
9.4.2 双层材料CDC处理组织 437 0 T$ M; B; D9 E8 i( H( m* _
9.4.3 双层材料CDC处理后的性能 439 3 L& y) {. M# b2 O' h+ |3 `
9.5 几组重要的Fe-C-X系相图 441 8 g; E& _0 s7 p
9.5.1 Fe-C-Cr系 441
6 s5 G! M; a* V# a( k3 F' w9.5.2 Fe-C-Mo系和Fe-C-W系 444 ( {1 Z* e) W5 h9 d# R* ~' X
9.5.3 Fe-C-V系 446
& k w( w. f" j- O: E9.5.4 Fe-C-Ni系 447
C+ x4 a* Y# P$ c# q. g9 d3 j( }9.6 TD处理的热力学与动力学 448 5 `( K! Y4 N; c7 M0 A
9.6.1 TD处理表面覆层的形成原理 448 $ C1 R) Q3 ~! x" y$ `$ ~
9.6.2 碳化物内碳活度差的解析 450
9 i3 y$ _9 [& l7 J7 B9.6.3 TD处理的动力学 452 2 K6 a% D0 x) j; N
9.6.4 TD处理动力学的实证 454
2 g, r! w; \; y n: t+ n# L参考文献 456
7 k) Q- A9 u7 f7 n" K" g索引 458
" c4 Q! r. \- c8 b% J1 r, {0 g7 h后记 464 |
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发表于 2012-3-27 16:27:46