郝士明的这本《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。

郝士明的这本《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。

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。

《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。

序言

前言

1 绪论 1

 1.1 合金设计与材料设计 1

 1.2 材料设计的进步 2

 参考文献 8

2 永磁材料设计的热力学解析 10

 2.1 永磁材料概说 10

 2.2 两相分离型金属永磁材料的组织设计 12

2.2.1 决定矫顽力的主要因素 12

2.2.2 合金设计的组织要素 16

2.2.3 合金设计与失稳分解 20

2.2.4 永磁材料失稳分解的起源 21

 2.3 两相分离型组织的热力学解析 27

2.3.1 多元系两相分离组织的热力学解析 27

2.3.2 磁性转变对两相分离组织的影响 31

2.3.3 有序-无序转变对两相分离组织的影响 42

2.3.4 实际Alnico合金中两相分离组织的热力学分析 54

 参考文献 65

3 Cu-Fe-Ni双相纳米材料设计的热力学解析 67

 3.1 一种双相纳米材料的设计 68

 3.2 Cu-Fe-Ni系合金相图的实验测定与热力学计算 71

3.2.1 Cu-Fe-Ni系相图的扩散偶法测定 71

3.2.2 Cu-Fe-Ni系相图的热力学计算 78

3.2.3 等体积分数合金失稳分解的驱动力 81

 3.3 Cu-Fe-Ni失稳分解合金的双相细晶组织与性能 84

3.3.1 等体积分数合金的组织学研究 84

3.3.2 等体积分数合金的失稳分解组织及其粗化 87

3.3.3 合金失稳分解的硬化效应分析 88

3.3.4 塑性变形后合金失稳分解硬化效应分析 91

 3.4 Cu-Fe-Ni合金失稳分解双相细晶组织的控制 93

3.4.1 失稳分解组织的形态与取向控制 93

3.4.2 塑性变形储能与位错密度 96

 3.5 Cu-Fe-Ni合金失稳分解组织的不连续粗化 98

3.5.1 不连续粗化组织的形态特征 98

3.5.2 不连续粗化的动力学特征 100

3.5.3 不连续粗化的力学性能特征 102

3.5.4 不连续粗化的激活能 104

3.5.5 等轴细晶双相组织 105

 3.6 具有失稳分解组织的Hall-Petch关系 107

3.6.1 Cu45Fe25Ni30单相合金的再结晶 107

3.6.2 细晶强化与失稳分解强化 108

 参考文献 111

4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计的热力学问题 113

 4.1 Al-M二元合金的固态Al端溶解度 114

4.1.1 纯元素在Al固溶体中的溶解度 114

4.1.2 化合物形成元素在Al固溶体中的溶解度 115

4.1.3 Al固溶体的溶解度分析 118

 4.2 Al-M二元合金中的溶解度间隙 119

4.2.1 Al-Cu系的GP区形成与溶解度间隙 120

4.2.2 Al-M系溶解度间隙的热力学 123

4.2.3 Al-Zn系fcc固溶体的溶解度间隙 125

4.2.4 Al-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 127

4.2.5 Al-Ag系fcc固溶体的溶解度间隙 129

 4.3 Al-Zn-Mg-Cu多元合金系中的溶解度间隙 130

4.3.1 Al-Zn-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 130

4.3.2 Al-Cu-Mg系fcc固溶体的溶解度间隙 131

4.3.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体的溶解度间隙 132

 4.4 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的实验研究 134

4.4.1 低Cu溶解度间隙实测的特殊扩散偶法 135

4.4.2 Al-Zn-Cu系低Cu侧溶解度间隙的实测结果 137

4.4.3 Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙的热力学计算 144

4.4.4 Al-Zn-Mg-Cu系合金设计要点 148

 4.5 Al-Zn-Cu系低温区相平衡的热力学研究 149

4.5.1 Al-Zn-Cu系中的T相 150

4.5.2 Al-Zn-Cu系200℃\\低Cu侧相平衡 152

4.5.3 Al-Zn-Cu系室温低Cu侧相平衡 155

 4.6 Al-Zn-Cu系合金相变的热力学与动力学问题 160

4.6.1 Al-Zn合金的不连续分解行为 160

4.6.2 Cu对Al-Zn合金失稳分解的影响 165

4.6.3 少量Cu对Al-Zn合金fcc固溶体扩散行为的影响 169

4.6.4 少量Cu对Al-Zn合金不连续分解的影响 173

4.6.5 少量Cu致Al-Zn合金组织异常细化与亚稳相变 177

 参考文献 183

5 Fe-Mn-Al低温合金的设计与热力学解析 185

 5.1 低温合金概说 185

 5.2 bcc结构低温钢的组织与成分分析 187

5.2.1 相结构与韧脆转变温度 187

5.2.2 影响韧脆转变温度的因素 189

5.2.3 bcc结构低温钢的设计 194

 5.3 fcc结构低温合金的组织与成分设计 196

5.3.1 fcc结构低温合金的韧性特征 196

5.3.2 Ni-Cr合金化 197

5.3.3 单纯Mn合金化 197

5.3.4 Mn-Cr合金化 198

5.3.5 Mn-Al合金化 201

 5.4 奇异的奥氏体低温稳定性 202

 5.5 Fe-Mn-Al系合金相图的研究 208

5.5.1 Fe-Mn-Al系合金相图的研究概况 208

5.5.2 Fe-Mn-Al系合金相图的研究方法 211

5.5.3 Fe-Mn-Al系合金相图实验研究的主要结果 215

5.5.4 Fe-Mn-Al系合金相图研究的最新进展 228

 5.6 Fe-Mn-Al系低温合金成分设计分析 231

 参考文献 233

6 钛基合金的热力学解析 235

 6.1 基础系统相图 236

6.1.1 Ti-Al系二元相图 236

6.1.2 Ti-O、Ti-N系二元相图 241

6.1.3 其它元素相平衡的影响 243

6.1.4 Ti-Mo、Ti-V系二元相图 243

6.1.5 Ti-Al-V系三元相图 244

6.1.6 Ti-Al-Mo系三元相图 249

 6.2 纯钛的相变自由能 250

 6.3 钛合金的相稳定化参数 253

6.3.1 Ti基固溶体间的相平衡 253

6.3.2 Ti基二元合金的相稳定化参数 255

 6.4 钛合金的T0线与T0面 258

6.4.1 二元系的T0线 258

6.4.2 铝当量和钼当量 259

6.4.3 多元系中的T0面 262

 6.5 钛合金的马氏体转变温度 263

6.5.1 钛基合金的组织与马氏体相变 263

6.5.2 马氏体转变开始温度 265

 6.6 钛合金中微量元素作用的热力学解析 269

6.6.1 Ti-Al-It系中的T0面与a/r相稳定化参数 269

6.6.2 Ti-Al-H系的a/r相变温度 271

6.6.3 Ti合金中化合物相的基本特征 274

6.6.4 Ti合金中化合物相的溶解度 275

 6.7 Ti-X-Y三元系富钛角相平衡的预测 277

6.7.1 Ti-X-Y三元系富钛角预测的意义 277

6.7.2 Ti-X-Y三元系富钛角预测的依据 279

6.7.3 Ti-X-Y三元系富钛角预测的可靠性 281

 参考文献 282

7 Ti-Al系金属间化合物的相平衡热力学 285

 7.1 几种Ti-Al金属间化合物及其合金化 285

 7.2 Ti-Al二元系的热力学分析 287

7.2.1 Ti-Al二元相图的热力学分析 287

7.2.2 对于Ti-Al系相图的最新认识 292

7.2.3 Ti-Al系a/r相平衡的热力学 295

 7.3 Ti-Al-X三元系的热力学分析 297

7.3.1 Ti-Al-X三元系的a/r相平衡 297

7.3.2 第三组元X的相稳定化参数 298

7.3.3 微量第三组元X对a/r相平衡的影响 299

 7.4 Ti-Al-X三元系相平衡的实验测定 301

7.4.1 Ti-Al-Nb三元相图的实验测定 301

7.4.2 Ti-Al-Nb三元系a/r其它温度相平衡的实验测定 306

7.4.3 Ti-Al-Cr三元系各温度相平衡的实验测定 307

7.4.4 Ti-Al-X三元系a/r相平衡实验规律分析 311

 7.5 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡 314

7.5.1 Ti-Al-X多元系的a/r相平衡研究方法 314

7.5.2 Ti-Al-Cr-Fe四元系的a/r相平衡 318

7.5.3 Ti-Al-Cr-Si四元系的a/r相平衡 320

7.5.4 Ti-Al-Si-Nb四元系的a/r相平衡 323

7.5.5 Ti-Al-Fe-Nb四元系的a/r相平衡 325

7.5.6 Ti-Al-Cr-Nb四元系的a/r相平衡 325

 7.6 Ti-Al系的相变与粗化转变 327

7.6.1 1120℃相变的性质 327

7.6.2 相的形态与形成机制 330

7.6.3 片层组织的粗化 332

 参考文献 341

8 TiNiNb宽滞后形状记忆合金设计的热力学 344

 8.1 宽滞后形状记忆合金概说 344

8.1.1 增大相变温度滞后的意义 345

8.1.2 增大相变温度滞后的热力学原理 348

 8.2 Ti-Ni-Nb三元系相平衡的实验测定 355

8.2.1 Ti-Ni-Nb三元相平衡的扩散偶法研究 355

8.2.2 Ti-Ni-Nb系扩散偶的设计与制作 358

8.2.3 Ti-Ni-Nb系相平衡特点与分析 361

8.2.4 Ti-Ni-Nb系相图对合金设计的重要启示 378

 8.3 Ti-Ni-Nb三元相平衡研究的发展 380

 8.4 TiNiNb合金马氏体相变的热力学解析 386

8.4.1 TiNiNb合金的热容 387

8.4.2 TiNi-Nb合金马氏体相变热效应的热力学分析 390

 8.5 TiNiNb合金的相组成与结构 392

 8.6 TiNiNb合金的相变温度滞后、应变恢复率与组织 396

 参考文献 400

9 CDC处理与TD处理的热力学与动力学 403

 9.1 CDC处理概说 403

9.1.1 关于碳化物形成能力 403

9.1.2 CDC处理的基本原理 405

9.1.3 CDC处理的类型 409

 9.2 CDC处理组织与性能的主要问题 412

 9.3 CDC处理的热力学——碳势设计 418

9.3.1 等碳活度线 418

9.3.2 合理碳势范围的设计 421

9.3.3 Fe-M-C合金钢CDC处理最低碳势设计步骤 422

9.3.4 防止Fe3C亚稳析出的CDC碳势设计步骤 423

9.3.5 防止Fe3C稳态析出的CDC碳势设计步骤 424

9.3.6 商用合金钢的CDC碳势设计 425

 9.4 双层材料的CDC处理 433

9.4.1 CDC处理的双层材料 434

9.4.2 双层材料CDC处理组织 437

9.4.3 双层材料CDC处理后的性能 439

 9.5 几组重要的Fe-C-X系相图 441

9.5.1 Fe-C-Cr系 441

9.5.2 Fe-C-Mo系和Fe-C-W系 444

9.5.3 Fe-C-V系 446

9.5.4 Fe-C-Ni系 447

 9.6 TD处理的热力学与动力学 448

9.6.1 TD处理表面覆层的形成原理 448

9.6.2 碳化物内碳活度差的解析 450

9.6.3 TD处理的动力学 452

9.6.4 TD处理动力学的实证 454

参考文献 456

索引 458

后记 464