材料热力学（郝士明）（第三版）

本书重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在揭示材料中的相和组织形成规律方面的应用，注意通过具体的材料问题实例来使读者理解和掌握热力学的基本规律，吸引读者对热力学原理产生兴趣。全书共分10章，第1至第7章是基本内容，由浅入深地介绍了单组元系、二组元系和三组元以上的多组元材料中相的形成规律和相平衡问题，以及相变热力学和重要的溶体分析模型。第8到第10章的集团变分法，亚稳、局域等次级相平衡以及材料设计与热力学等内容供读者根据需要选学。本书知识自成体系而且特色鲜明，包含类型广泛的材料学研究的实际问题和习题。书后列有英文和中文索引，可方便读者检索查阅。

本书可作高等院校材料科学与工程、材料加工与成型等专业高年级本科生和研究生的教学用书，也可供材料、冶金、机械等相关领域的科技人员阅读与参考。

 郝士明，东北大学，教授、博导，1962年毕业于东北工学院（今东北大学）金属学及热处理专业并留校，1980年赴日本东北大学金属材料学科留学，1982年获得该大学的工学博士学位后回国。

1983年起被东北大学聘为副教授、教授。1987～1996年任该大学材料科学与工程系主任。1993年起任博士生指导教师。1996～1998年任材料与冶金学院院长。 1983年起为东北大学的研究生讲授《合金设计与合金热力学》；并应邀为中科院金属研究所、中科院腐蚀与防护研究所、冶金部钢铁研究总院的博士生和硕士生讲授《合金热力学》8年。 从1983年起，共完成国家科委、国防科工委、国家自然科学基金等科研项目12项，获得国家自然科学基金支持7次。

主要学术成就有：从热力学理论和实验研究两方面揭示了有序－无序转变对合金相平衡的重要影响，获国家*科技进步（甲类）二等奖（1988）和三等奖（1995）； 对高淬透性材料的淬透性表征和模具材料的表面处理等方面的研究有独特贡献，获辽宁省科技进步一等奖（1987）和二等奖（1988），黑龙江省科技进步二等奖（1997）；对TiAl金属间化合物的相平衡和组织控制进行了系统的研究；关于合金钢的CD渗碳表面处理进行了富有开拓性的研究，这些成果获得了国内外同行专家的关注、引用和好评。

在国内外刊物上发表论文150余篇。在冶金工业出版社、航空工业出版社、化学工业出版社等出版著作5部。

前言

*版前言

第二版前言

绪论 1

1 单组元材料的热力学 3

1.1 引论 3

1.2 Gibbs自由能 4

1.3 相变的体积效应 6

1.4 热容 11

1.5 由热容计算自由能 16

1.6 单元材料的两相平衡 22

1.7 Gibbs-Helmholtz方程 28

1.8 磁性转变的自由能 31

第1章读物 37

习题 37

2 二组元相 39

2.1 理想溶体近似 39

2.2 正规溶体近似 42

2.3 溶体的性质 45

2.4 混合物的自由能 46

2.5 亚正规溶体模型 50

2.6 化学势与活度 52

2.6.1 化学势 52

2.6.2 化学势与自由能-成分图（Gm-X图） 54

2.6.3 活度 56

2.7 化合物相 62

习题 65

3 二组元材料的热力学 67

3.1 两相平衡 67

3.2 固-液两相平衡 68

3.3 溶解度曲线 76

3.3.1 第二相为纯组元时的溶解度 76

3.3.2 第二相为化合物时的溶解度 78

3.4 固溶体间的相平衡 81

3.5 相稳定化参数 83

第2、3章读物 89

习题 89

4 两个重要的溶体模型 91

4.1 Bragg-Williams近似 91

4.1.1 固溶体的成分与有序度 92

4.1.2 混合熵与内能 94

4.1.3 自由能 97

4.1.4 合作现象 99

4.2 双亚点阵模型 101

4.2.1 成分描述 102

4.2.2 混合熵 104

4.2.3 过剩自由能 105

4.2.4 摩尔自由能 106

4.2.5 化学势及活度 106

第4章读物 110

习题 111

5 相变热力学 112

5.1 无扩散相变 112

5.1.1 相变驱动力 112

5.1.2 T0线 114

5.1.3 马氏体点 115

5.2 固溶体的分解 118

5.2.1 固溶体自由能曲线的分析 118

5.2.2 亚稳固溶体的分解 119

5.3 第二相析出 121

5.4 析出相的表面张力效应 123

5.4.1 表面张力与附加压力 123

5.4.2 表面张力与溶解度 125

5.5 二级相变 128

5.5.1 相变的热力学特征 128

5.5.2 固溶体的磁性转变自由能 132

5.5.3 有序-无序转变的自由能 135

5.6 二级相变对相平衡的影响 138

5.6.1 对溶解度曲线的影响 138

5.6.2 对溶解度间隙的影响 140

5.7 晶间偏析 145

第5章读物 147

习题 148

6 多组元相 149

6.1 正规溶体近似 151

6.2 化合物相 156

6.2.1 线性化合物 (A,B)aCc 156

6.2.2 互易相（互易化合物、互易固溶体） 158

6.3 代位-间隙式固溶体 163

6.4 二级相变自由能 169

6.4.1 磁性转变自由能 169

6.4.2 有序-无序转变自由能 170

7 多元材料热力学 174

7.1 三元系中的两相平衡 174

7.2 固溶体与线性化合物的平衡 175

7.3 两个线性化合物之间的平衡 178

7.4 固溶体与化学计量比化合物的平衡 180

7.5 固溶体之间的相平衡 189

7.5.1 稀溶体之间的相平衡 189

7.5.2 非稀溶体之间的相平衡 191

7.6 两相平衡与第三元素 192

第6、7章读物 200

习题 200

8 集团变分法 203

8.1 集团概率变量 204

8.2 摩尔自由能描述 210

8.2.1 内能 210

8.2.2 配置熵 211

8.2.3 摩尔自由能 214

8.3 巨势与相对化学势 216

8.3.1 相对化学势与巨势的定义的导出 217

8.3.2 巨势-相对化学势曲线 219

8.4 变分与数值计算 223

8.5 自然迭代法 224

8.6 同结构相平衡计算 228

8.7 CVM的新发展 233

第8章参考文献 235

第8章读物 235

9 次级相平衡 237

9.1 亚稳态相平衡 237

9.1.1 亚稳相与亚稳平衡态 237

9.1.2 步进规则 240

9.1.3 外插规律 242

9.1.4 单组元材料的亚稳平衡 245

9.1.5 溶体系统中的亚稳平衡 246

9.1.6 非晶态合金 251

9.2 局域平衡 253

9.2.1 局部平衡假设 254

9.2.2 局部平衡与相图测定 258

9.3 仲平衡 262

第9章参考文献 265

第9章读物 266

10 材料设计与热力学 267

10.1 经验材料设计的热力学 268

10.1.1 相边界成分的确定与电子空位浓度 268

10.1.2 相边界成分的确定与电子能级 272

10.2 CALPHAD方法 276

10.2.1 CALPHAD方法及特点 277

10.2.2 CALPHAD数据库和计算程序 280

10.2.3 CALPHAD与*性原理计算 284

10.3 CALPHAD相图计算数据库实例 285

10.3.1 无铅微焊材料 285

10.3.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体相图数据库 288

10.4　材料基因组工程简介 291

10.4.1　材料发明与设计简史 291

10.4.2　材料发明的现实状态 292

10.4.3　美国的率先举措 292

10.4.4　高通量材料计算的价值 293

10.4.5　中国的研究现状 294

第10章参考文献 294

第10章读物 295

英文索引 296

中文索引 300