难熔及中间合金分析 上、下册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:王海舟 编

出品人:

页数:1222

译者:

出版时间:2009-4

价格:98.00元

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isbn号码:9787030237941

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• 中间合金
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《金属材料热力学与相图解析》 内容简介 本书系统地阐述了金属材料领域中至关重要的热力学基础理论及其在相图构建与解读中的应用。全书旨在为材料科学家、工程师以及相关专业学生提供一个深入理解金属合金行为的理论框架和实践工具。 第一部分：热力学基础与应用 第一章 概述与基本概念 本章首先回顾了热力学的基本定律，重点阐述了宏观状态函数的概念，如吉布斯自由能（G）、焓（H）、熵（S）和内能（U）。详细讨论了在恒温恒压条件下，吉布斯自由能作为系统自发变化判据的核心地位。引入了化学势的概念，并解释了其在多相平衡体系中的重要性。此外，对晶体结构的热力学稳定性进行了初步探讨，为后续的相变分析奠定基础。 第二章 溶液热力学与活度 深入分析了金属溶液的热力学行为。详细介绍了理想溶液模型，并阐述了实际溶液中偏离理想行为的原因——相互作用力的影响。重点阐述了活度（Activity）的概念及其在描述真实体系中组分有效浓度的作用。推导了拉乌尔定律（Raoult's Law）和亨利定律（Henry's Law）在稀溶液中的应用，并结合实验数据讨论了过量吉布斯自由能（$G^E$）的计算方法，包括正则溶液模型（Regular Solution Model）和亚正则溶液模型（Subregular Solution Model）的应用。对固溶体和液相中的活度系数模型进行了详尽的对比分析。 第三章 化学平衡与反应热力学 本章聚焦于化学反应的热力学，特别是涉及金属元素间的反应，如氧化、还原和化合物的形成。详细介绍了反应的焓变（$Delta H_r$）、熵变（$Delta S_r$）和吉布斯自由能变（$Delta G_r$）的计算方法，并讨论了温度对平衡常数（K）的影响（范特霍夫方程）。特别强调了在高温冶金过程中，氧逸度和歧化反应在控制材料纯度与稳定氧化物形成中的热力学依据。 第四章 统计热力学导论 为深入理解微观结构对宏观性质的影响，本章引入了统计热力学的基础。阐述了配分函数（Partition Function）的概念，并展示了如何利用统计力学方法推导出宏观热力学量。讨论了晶格振动（声子理论）对熵和比热的贡献，以及电子在金属中的贡献。简要介绍了费米-狄拉克统计在描述电子行为中的应用。 第二部分：相图的构建、解析与应用 第五章 单组元体系相图 从克拉珀龙方程（Clapeyron Equation）出发，详细解析了纯物质（如铁、碳、氧等）的相图。重点分析了固-液、固-固和固-气三相点的特性。对不同晶型的相变温度、亚稳相的生成条件进行了深入的阐述。特别以纯铁体系为例，详细解释了体心立方（BCC）和面心立方（FCC）结构的自由能竞争与转变机制。 第六章 二元合金相图的热力学基础 本章是全书的核心之一。系统推导了二元系中相平衡的必要条件——各组分在所有相中的化学势相等。基于此，详细推导了杠杆定律（Lever Rule）和反杠杆定律的数学基础，并解释了它们在确定相组成和相含量中的精确应用。讨论了共晶点（Eutectic）、共析点（Eutectoid）和包晶点（Peritectic）的吉布斯自由能极值条件。 第七章 液体在固液平衡中的行为 聚焦于液相与固相之间的平衡，这是凝固过程分析的基础。详细分析了理想二元溶液在液固平衡时的活度关系，并引入了固溶度线（Solubility Limit）的计算方法。重点讨论了偏析（Segregation）现象的热力学驱动力，包括扩散控制下的凝固速率对偏析程度的影响。对形核过冷度和生长过冷度在凝固组织形成中的作用进行了热力学与动力学结合的分析。 第八章 固溶体的稳定性和溶解度 深入探讨了有限固溶体形成的内在机制。通过对比不同原子尺寸、电负性和价电子浓度对晶格畸变能和混合能的影响，解释了固溶度的热力学限制。详细分析了Hume-Rothery规则的现代热力学解释，并将其应用于预测稳定金属间化合物的形成趋势。讨论了应力场对溶解度的影响，即弹性应变能如何调节相平衡温度。 第九章 复杂多组元体系相图的几何表示与解析 将分析扩展至三元及以上组元体系。详细介绍了三元相图的几何表示方法，如等温截面图、垂直截面图和连成分线（Tie-line）的绘制与解读。阐述了多组元体系中相律（相数、组元数和独立变量数之间的关系）的严格应用。重点分析了在多相区内，如何通过组分的守恒和化学势平衡来确定平衡相的种类和含量。 第三部分：动态过程与应用案例 第十章 扩散与相变动力学 虽然本书侧重于平衡态分析，但本章简要讨论了热力学驱动力如何转化为动力学过程。回顾了菲克扩散定律（Fick's Laws），并强调了化学势梯度是驱动扩散的根本热力学原因。初步探讨了相变形核与生长的热力学驱动（过冷度）与动力学阻力（界面能与激活能）的平衡。 第十一章 冶金过程中的热力学应用案例 结合实际工业应用，选取以下案例进行深度解析： 1. 高温合金中的固溶强化与沉淀强化： 利用热力学预测第二相（如$gamma'$相）的析出温度和溶入程度，解释其对高温蠕变性能的贡献。 2. 难熔金属的脱氧与精炼： 运用Ellingham图分析不同氧化物在温度梯度下的稳定性，指导真空冶炼和气氛控制。 3. 钢中碳化物析出： 基于碳在铁素体和奥氏体中的化学势差异，分析渗碳和淬火过程中碳的分布和铁碳化合物的形成。 附录 A：常用材料的热力学数据表 附录 B：相图绘制与数据处理软件基础 本书内容全面，逻辑严密，理论深度适中，既可作为高等材料科学、冶金工程专业的教材，也是从事材料设计与开发的工程师的重要参考书。

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本书对于难熔及中间合金的失效分析也进行了详细的阐述。在材料失效分析领域，准确判断失效原因和机制是至关重要的。本书列举了多种典型的失效案例，并结合了上述提到的分析技术，对失效原因进行了深入的剖析。例如，书中分析了某航空发动机叶片因高温氧化和热疲劳共同作用导致失效的案例，详细阐述了失效过程中形成的氧化层结构、裂纹扩展路径以及微观形貌特征。这种基于实验证据和理论分析的失效分析方法，对于工程师和研究人员在实际工作中进行故障诊断和原因追溯具有极高的价值。

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更值得一提的是，本书还对新兴的难熔及中间合金材料进行了展望。随着科技的不断发展，对材料性能的要求也在不断提高，新的合金体系和更优异的性能是研究人员不懈的追求。本书对一些前沿的合金研究方向进行了介绍，例如，具有更高强度和更佳韧性的新型高温合金，以及用于极端环境的难熔金属复合材料。作者还探讨了材料设计的新理念，如计算材料学和机器学习在合金设计中的应用。这种前瞻性的视角，让我对未来难熔及中间合金的发展充满了期待。

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书中关于合金的制造工艺和热处理过程的论述也极其详实。对于难熔及中间合金，其独特的性能往往与其精密的制造工艺和热处理过程息息相关。本书详细介绍了包括熔炼（如真空感应熔炼、电弧熔炼）、凝固控制、锻造、轧制以及各种固溶处理、时效处理等工艺步骤，并分析了这些工艺对合金微观结构和宏观性能的影响。例如，在讨论铝镍合金时，书中详细介绍了其定向凝固工艺如何获得具有优异高温性能的柱状晶和单晶结构。作者还强调了工艺参数的精确控制对于避免缺陷、优化性能的重要性，这对于实际生产和工艺改进具有重要的指导意义。

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总而言之，《难熔及中间合金分析》上、下两册是我近年来阅读过的最富有启发性的技术书籍之一。其内容之详实，分析之深入，方法之全面，都令我受益匪浅。这本书不仅是材料科学领域研究人员的案头必备，对于相关工程技术人员也具有极高的参考价值。通过这本书，我不仅系统地学习了难熔及中间合金的性能、结构、分析方法和应用，更重要的是，它激发了我对这一领域更深入探索的兴趣。我强烈推荐所有对高性能材料感兴趣的读者，尤其是从事材料设计、制造、分析和应用的研究者和工程师，都能认真阅读此书，相信定能有所收获。

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作为一名在材料科学领域深耕多年的研究者，最近有幸拜读了《难熔及中间合金分析》上、下两册，这是一部在我眼中堪称里程碑式的著作。首先，必须强调的是，这本书的深度和广度都令人叹为观止。作者并没有拘泥于仅仅罗列各种难熔金属和中间合金的性能参数，而是深入挖掘了其背后的微观结构、相平衡、晶体学原理以及热力学机制。例如，在分析钨基难熔合金时，作者不仅详细阐述了钨基体本身的特性，如高熔点、高密度和优异的高温强度，更着重探讨了加入钼、铼、钴等元素如何影响钨的晶格结构、位错运动以及晶界行为。书中对于固溶强化、沉淀强化、晶界强化等强化机制的解析，结合大量的实验数据和理论计算，为理解这些合金在极端高温环境下的表现提供了坚实的基础。

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在阅读过程中，我发现本书对于合金的腐蚀和氧化行为的分析也相当到位。在高温和腐蚀性环境中，难熔及中间合金的性能会受到严重影响，其抗氧化性和抗腐蚀性是决定其使用寿命的关键因素。本书详细介绍了这些合金在高温氧化、氯化物腐蚀、硫化物腐蚀等环境下的失效机制，并探讨了通过添加Cr、Al、Si等元素以及表面涂层技术来提高其防护性能。例如，关于镍基高温合金的氧化行为，作者深入分析了氧化皮的形成机制、结构以及其对合金基体保护作用的有效性，并讨论了如何通过优化合金成分来提高氧化抗性。

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这本书的另一个亮点在于其对分析方法论的深入探讨。作者并没有仅仅停留在对合金性能的描述，而是花了相当大的篇幅介绍了用于分析难熔及中间合金的各种先进技术和方法。从传统的金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）到高分辨率透射电子显微镜（TEM），再到原子探针断层扫描（APT）、X射线衍射（XRD）以及各种光谱分析技术，书中都给出了详细的原理介绍和实际应用案例。例如，在分析中间合金的相结构时，作者展示了如何利用X射线衍射仪来确定晶体相和晶格参数，如何通过SEM-EDS（能量色散X射线光谱）来分析元素的分布，以及如何利用TEM来观察微观析出相的形貌和尺寸。这些方法的介绍，对于从事材料分析和表征的研究人员来说，具有极高的参考价值。

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我特别欣赏书中对于合金相图的绘制和解读。对于难熔金属和中间合金体系而言，相图是理解其在不同温度和成分下可能出现的相以及相变行为的关键工具。本书提供了大量具有代表性的相图，并对其进行了解析，例如，详细阐述了在高温合金中，γ'相的析出动力学、尺寸和分布如何影响合金的强度和蠕变性能。作者还探讨了相图的局限性，以及如何结合热力学计算（如CALPHAD方法）来预测非平衡相以及在复杂成分下的相平衡。这种理论与实践相结合的分析方法，让我对合金的设计和优化有了更深刻的理解，也为我今后的研究提供了重要的理论指导。

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更令我印象深刻的是，本书并未将目光局限于单一的合金体系，而是广泛地覆盖了众多关键的难熔及中间合金家族，如铌基合金、钽基合金、钒基合金，以及镍基高温合金、钴基高温合金等。对于每一种合金，作者都从其发展历程、主要成分、典型组织结构、力学性能（包括蠕变、疲劳、断裂韧性等）以及在航空航天、能源、化工等领域的具体应用进行了详尽的介绍。特别是在讨论航空发动机叶片材料时，书中对镍基单晶高温合金的微观结构特征，如γ'相的分布、取向以及其在高温下的相变行为，进行了深入的剖析，并将其与合金的抗蠕变性能和热稳定性紧密联系起来。这种系统性的梳理和分析，极大地拓宽了我的视野，让我能够更全面地认识这些复杂材料的设计理念和应用边界。

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让我惊喜的是，本书还对合金的疲劳和断裂性能进行了深入的探讨。在许多应用场景中，合金不仅需要承受高温，还需要抵抗循环载荷和潜在的裂纹萌生与扩展。书中详细分析了难熔及中间合金在不同加载条件下的疲劳寿命，包括低周疲劳和高周疲劳，并对其断裂模式进行了详细的描述。作者还探讨了微观结构特征，如晶界、析出相以及点缺陷，对疲劳萌生和裂纹扩展的影响。通过对不同合金体系的案例分析，如钼合金的脆性断裂和镍基合金的高温疲劳，这本书为理解合金的可靠性和寿命预测提供了重要的基础。

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