合金能量学 合金能量的关系、计算和应用PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1 合金 1

1.1 性能 1

1.2 结构 6

1.3 过程 8

1.4 能量 12

2 合金能量学 14

参考文献 16

1.1 温度和热平衡 17

1 温度和压力 17

第二章 热力学 17

1.2 压力和气体状态方程 19

1.2.1 气体状态方程 19

1.2.2 气体的压强方程和能量 22

(一)长方体的容器 23

(二)任意形状的容器 26

2 热力学第一定律--能量关系 28

2.1 功 31

2.2 热 35

2.3 内能 39

2.4 焓 41

2.5 热效应和热化学 43

3 热力学第二定律--过程方向 48

3.1 过程方向和过程限度 50

3.2 熵--热力学定义 53

3.3 熵变的计算及熵的特点 58

3.4 熵--统计意义 65

4 关闭体系的能量和过程 68

4.1 自由能和自由焓 68

4.2 热力学关系式 72

4.2.1 热弹效应 76

4.2.2 两个TdS方程 78

4.3 广义的焓和自由焓 79

4.3.1 热磁效应 80

4.3.2 可逆电池--电化热效应 81

5 化学热力学 83

5.1 化学位 84

5.2 反应方向和平衡条件 89

5.2.1 相平衡 89

5.2.2 相律 91

5.2.3 化学反应平衡 92

5.3 逸度和活度 93

5.3.1 单元系 94

5.3.2 混合气体 96

5.3.3 溶液和固溶体 97

5.3.4 偏摩尔函数 99

5.3.5 溶体的类型 102

(一)理想溶体 102

(二)稀溶体 104

(三)规则溶体 106

5.3.6 二元系中的活度 108

5.3.7 标准状态的转换 112

5.3.8 多元系中的活度 114

5.4 平衡常数 120

5.5 化学稳定性和稳定性图 127

5.5.1 化学反应的标准自由焓变化图 128

5.5.2 溶体的稳定性--气体和夹杂 134

(一)气体溶解度和白点 135

(二)夹杂物的形成 139

(三)选择性氧化 141

(一)金属腐蚀的基本概念 143

5.5.3 腐蚀产物稳定性图 143

(二)电位-pH图 147

(三)混合氧化图 150

6 热力学第三定律--熵值计算 151

6.1 第三定律 152

6.2 实验验证 153

6.3 应用 157

参考文献 167

1 引言 169

第三章 熵与结构 169

2 组态熵 171

2.1 置换固溶体及空位固溶体 171

2.2 间隙固溶体--αFe-C系 173

2.3 有序固溶体 177

3 运动熵 179

3.1 麦-玻能量分配律及配分函数 180

3.2 固体的振动熵 184

3.2.1 爱因斯坦模型 185

3.2.2 德拜模型 188

3.2.3 应用 192

3.3 单原子气体的平移运动熵 195

3.3.1 相空间 195

3.3.2 玻-爱统计法 196

3.3.3 能量表达式 199

3.3.4 平移运动熵 203

3.4 金属中自由电子比热 204

3.4.1 自由电子气 204

3.4.2 费-狄统计法 205

3.4.3 电子热容 209

3.5 黑体辐照的能量 211

3.6 磁熵 216

3.7 顺磁体的电子自旋 219

附录 εm与T的关系--电子热容的推导 223

参考文献 227

第四章 焓与结构 228

1 引言 228

2.1 自由原子的电子结构 229

2 结合能 229

2.2 结合键和晶体类型 233

2.2.1 离子键晶体 234

2.2.2 共价键晶体 236

2.2.3 金属键晶体 238

2.2.4 分子键晶体 244

2.2.5 晶体结构 244

2.3 结合力与结合能 247

2.4 离子键晶体的内能 250

3 合金的能量 256

3.1 元素的电负性及准化学处理 257

3.1.1 电负性 257

3.1.2 准化学处理--二元置换固溶体的固溶度 262

(一)内能(U)随成分的变化 262

(二)组态熵(S)随成分的变化 263

(三)自由能(F)随成分的变化 264

(四)固溶度方程 265

(五)讨论 268

(六)经验规律 270

(七)基本参量 273

(一)溶体类型 279

3.1.3 准化学处理--其它应用 279

(二)长程有序--AB型合金 281

(三)铁磁-顺磁转变 286

(四)短程有序 287

3.2 原子尺寸因素及应变能 291

3.2.1 原子尺寸因素 292

3.2.2 可变性 294

(一)内因 295

(二)外因 299

3.2.3 应变能 304

3.3 电子浓度因素及费米能 305

3.3.1 电子浓度因素 306

3.3.2 电子逸出功 310

3.3.3 三元合金中氢的溶解度 313

3.3.4 电子化学位及费米能 315

4 缺陷晶体的能量 317

4.1 原子型晶体缺陷 319

4.1.1 纯金属中的空位 320

4.1.2 空位相 322

4.2.1 元素半导体 323

4.2 电子型晶体缺陷 323

4.2.2 化合物半导体 327

(一)氧化膜的结构及扩散机理 327

(二)氧化的半导体理论 330

参考文献 332

第五章 应力、应变和应变能 334

1 应力 335

1.1 应力分量 335

1.1.1 四面体面应力之间关系 336

1.1.2 六面体的应力分量 339

1.2 主应力 341

1.3 主应力的性质和应力状态 343

1.4 平衡方程 350

2 应变 353

2.1 应变分量 353

2.2 主应变 360

2.3 表面应变的测定及二维应力态分析 364

2.4 连续条件方程 371

3 应力与应变的关系 374

3.1 应变能 374

3.2 广义虎克定律 378

3.3 实际物体的柔性系数和坚韧系数 380

3.3.1 晶体的柔性系数和坚韧系数 380

3.3.2 各向同性体工程弹性模量之间关系 383

3.3.3 晶体弹性模量与工程弹性模量的关系 391

4 弹性问题的解 393

4.1 位移问题 394

4.2 应力函数问题 397

4.3.1 平面应变 401

4.3 平面问题的弹性解 401

4.3.2 平面应力 405

4.3.3 反平面应变 409

4.3.4 弹性问题的极坐标解 410

5 塑性力学基础 416

5.1 屈服判据和强度理论 417

5.1.1 最大切应力判据 418

5.1.2 应变能判据 418

5.1.3 两种屈服判据的比较 420

(一)扭转时纯剪 420

(三)平面应力状态 421

(二)薄壁管的轴向拉伸和扭转 421

(四)平面应变状态 423

5.1.4 其它两种强度理论 424

5.2 塑性问题的解 425

5.2.1 应力和应变关系 425

(一)塑性流动理论 427

(二)小塑性变形理论 429

5.2.2 塑性应变能 431

5.2.3 滑移场理论 431

6.1.1 置换型固溶体的弹性应变能 434

6.1 能量 434

6 应用 434

(一)刚性溶质模型 435

(二)溶质和溶剂都是弹性介质 437

(三)溶质原子的静压功 443

6.1.2 位错的弹性应变能 444

(一)螺型位错 444

(二)刃型位错 446

(三)混合位错 447

6.2 性能 448

(一)过程的推动力 452

6.3 结构和过程 452

(二)过程的阻力 454

(三)过程的结果 454

参考文献 454

第六章 界面结构与界面能 456

1 引言--界面的分类 456

2 表面 457

2.1 界面热力学 457

2.1.1 平面 457

(一)纯组元比表面能的测定 458

(二)二元系的表面吸附 459

2.1.2 曲面 461

(一)液滴的蒸汽压及固粒的溶解度 463

(二)沉淀相粒子的长大 464

2.2 结构和能量 467

2.2.1 准化学方法估算表面能--结合键 467

2.2.2 从结合力及结合能曲线估算表面能 469

(一)图解法 469

(二)Morse函数法 470

2.2.3 表面晶体缺陷 471

2.2.4 表面电子结构 474

2.2.5 影响表面能的因素 476

3 晶界 480

3.1 结构与能量 480

3.1.1 晶界面的几何关系 480

3.1.2 结构模型 481

3.1.3 小角晶界的能量 483

3.1.4 大角晶界的能量 486

(一)测定 486

(二)计算 490

3.1.5 晶粒形状 492

3.2 晶界化学 496

3.2.1 晶界偏析 496

(一)晶界偏析方程 496

(二)影响因素 498

(三)晶界区的最大溶解度 499

(四)研究方法 505

3.2.2 实际问题 507

(一)沿晶界偏析区内的断裂 507

(二)非平衡的晶界偏析 508

(三)第三化学组元的影响 509

(四)晶界沉淀 511

(五)晶间腐蚀及晶界区强度 512

4 相界 513

4.1 液/固相界面 513

4.1.1 纯物质的液/固相界面 513

4.1.2 润湿性 515

(一)二面角--液相形状 515

(二)接触角--润湿性 516

(三)接触角--非均匀形核 518

4.2 固相之间的界面 521

4.2.1 相界面能(γαβ)的测定 521

4.2.2 相界面能(γαβ)的计算 524

(一)化学项(γο) 524

(二)结构项(γ？) 526

5 其它界面 528

5.1 层错及孪晶 528

5.2 磁畴壁 530

5.3.1 能量分析 535

5.3 金属-电解液界面 535

5.3.2 双电层结构 536

附录(一) Kelvin公式的另一推导 538

附录(二) 晶界区原子间距的高斯分布 539

参考文献 541

第七章 相图与热力学函数 543

1 引言 543

2.1 相图的分析与合成 544

2.1.1 恒压条件 544

2 单元系 544

2.1.2 T-P 曲线 545

2.2 气-液及气-固平衡 548

2.3 液-固及固-固平衡 552

2.4 热力学参量之间的经验关系 555

2.4.1 热容 555

2.4.2 蒸发熵及熔化熵 556

2.4.3 蒸气压及沸点 557

3 二元系 558

3.1 几何热力学 558

3.2.1 一般分析 560

3.2 相图的分析 560

3.2.2 液相型线及固相型线 563

(一)液相线的热力学关系式 563

(二)固相线及凝固范围 566

(三)液相线及固相线组合的类型 568

(四)铁基合金的γ相线及α相线 570

3.2.3 溶解度线 572

(一)热力学分析--固溶度 572

(二)热力学分析--固相在液相中的溶解度 574

(三)热力学分析--液相在固相中的溶解度 577

(四)固溶度方程 580

3.3 相图的合成 583

3.3.1 相图的测定 584

(一)熔点和凝固潜热 584

(二)电动势法测定活度及相图计算 587

3.3.2 相图的计算 588

(一)物理模型及数学解 590

(二)Fe-Mn相图的γ相线及α相线 592

(三)难熔金属间的二元相图 593

(四)计算机计算相图 601

4.1 一般分析 602

4 多元系 602

4.2 Fe-M-C相图的富铁区 604

4.3 溶解度积 607

5 亚稳相 611

5.1 亚稳相的形成 611

5.1.1 亚稳相的成分 612

5.1.2 亚稳相的形状和取向 614

5.1.3 亚稳相的结构 614

5.1.4 亚稳相的尺寸 615

5.2.1 证明 616

5.2 亚稳相的溶解度定律 616

5.2.2 应用 619

参考文献 621

第八章 能量分析方法 623

1 平衡结构 623

2 失稳条件 625

3 过程进度 626

4 过程速度 628

5 过程选择 629

参考文献 631