Diffusion and Diffusional Phase Transformations in Alloys pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Beke, D. L. (EDT)/ Gusak, A. (EDT)/ Murch, G. (EDT)/ Philibert, J. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:152

装帧:

isbn号码:9783908451556

丛书系列:

图书标签:

• 扩散
• 相变
• 合金
• 材料科学
• 金属材料
• 热力学
• 动力学
• 相图
• 固态物理
• 材料工程

《合金相变动力学：理论、模型与实验技术》 本书深入探讨了合金相变过程中涉及的复杂动力学过程，聚焦于原子扩散、形核、生长以及相界面行为等关键因素如何共同驱动和塑造宏观材料性能。我们不仅回顾了经典相变理论，如朗之万方程和相场模型，还重点介绍了近年来在理解和模拟非平衡相变、多尺度相变以及具有复杂微观结构的合金相变方面取得的突破性进展。 第一部分：相变的基础理论与扩散机制 本部分为深入理解合金相变奠定坚实的基础。我们将从热力学基本原理出发，阐述相图的构建及其在预测相变发生条件中的作用。随后，将详细介绍驱动相变的吉布斯自由能理论，以及温度、压力和成分等因素如何影响自由能曲线的形状，从而决定相的稳定性。 核心内容将聚焦于扩散在相变中的至关重要作用。我们将系统地梳理不同扩散机制，包括： 点缺陷扩散 (Vac ancy Diffusion)： 详细解析空位在晶体点阵中的运动，介绍空位浓度与温度的关系，以及体扩散系数的Arrhenius关系。我们将探讨不同晶体结构（如FCC、BCC、HCP）中空位扩散的差异性，并阐述点缺陷对扩散速率的影响。 格间扩散 (Interstitial Diffusion)： 深入分析原子如何在晶格的间隙位置进行跳跃，讨论其与原子尺寸、间隙大小及晶体结构的关系。格间扩散通常比空位扩散更快，对某些轻元素在金属中的扩散行为具有决定性影响。 晶界扩散 (Grain Boundary Diffusion)： 强调晶界作为高能、原子排列无序区域，其扩散速率远高于晶内扩散。我们将讨论晶界扩散的原子机制，分析晶界结构（如倾斜晶界、扭转晶界）对扩散的影响，以及在多晶材料中晶界扩散的普遍性。 位错扩散 (Dislocation Diffusion)： 阐述位错线作为一维缺陷，其周围的原子更容易发生迁移。我们将讨论位错线的结构特征（如刃位错、螺位错）如何影响扩散路径，并分析位错密度与扩散速率的关联。 在扩散机制的讨论中，我们将引入Fick定律，从一阶和二阶方程出发，推导其在稳态和非稳态扩散过程中的应用。我们将重点讲解如何利用扩散系数来定量描述材料的扩散能力，并探讨影响扩散系数的因素，如温度、成分、晶体结构、应力场以及晶界和位错等缺陷。 此外，本部分还将涵盖： 热扩散率 (Thermal Diffusivity)： 讨论在温度梯度驱动下的扩散现象，及其与热传导机制的关联。 化学扩散率 (Chemical Diffusivity)： 阐述在成分梯度驱动下的扩散，以及其在合金化、退火等过程中的意义。 扩散耦合 (Coupled Diffusion)： 分析当两种或多种驱动力（如成分梯度和温度梯度）同时存在时，扩散行为的复杂性，并介绍相关的耦合模型。 为了更全面地理解扩散，我们将引入原子模拟技术，如分子动力学 (MD) 和蒙特卡洛 (MC) 方法，来模拟单个原子的运动轨迹，计算扩散系数，并可视化原子扩散过程。我们将讨论这些模拟方法的优势与局限性，以及它们如何为理解微观扩散机制提供宝贵的见解。 第二部分：相变的形核与生长动力学 在理解了扩散这一驱动机制后，本部分将转向相变过程中更为宏观的动力学过程：形核 (Nucleation) 和 生长 (Growth)。 形核理论： 均匀形核 (Homogeneous Nucleation)： 详细阐述在均质母相中，由于原子热运动涨落，形成亚稳态新相微团的概率。我们将推导均匀形核的驱动力和自由能垒，并介绍其与过饱和度（或过冷度）的关系。 非均匀形核 (Heterogeneous Nucleation)： 重点分析在晶界、位错、杂质粒子等缺陷处发生的形核过程。我们将解释为何非均匀形核的形核功远小于均匀形核，从而成为实际相变中更普遍的形核机制。我们将讨论不同形核异质点的几何形状、表面能等因素对形核功的影响。 形核动力学模型： 介绍Avrami方程及其在描述形核随时间演变中的应用，探讨其参数的物理意义。我们将讨论形核速率随温度的变化规律，以及最优形核温度的存在。 生长理论： 扩散控制生长 (Diffusion-Controlled Growth)： 当相变速率主要受控于原子通过母相或子相的扩散时，我们称之为扩散控制生长。我们将分析不同几何形状（球形、圆柱形、平板形）相界面的生长速率，并推导其与扩散系数、相界能、温度等参数的关系。 界面控制生长 (Interface-Controlled Growth)： 当相变速率主要受控于原子在相界面上的迁移或重排时，我们称之为界面控制生长。我们将讨论界面原子迁移的机制，介绍界面迁移率及其温度依赖性，并分析在低过饱和度或特殊界面结构下的界面控制生长行为。 多重生长机制 (Multiple Growth Mechanisms)： 探讨在实际相变过程中，扩散控制和界面控制生长可能同时存在，或在不同阶段占据主导地位的情况。 相变动力学的耦合： 形核与生长的协同作用 (Synergistic Interaction of Nucleation and Growth)： 分析形核速率和生长速率如何共同决定整体相变速率。我们将讨论形核饱和 (Nucleation Saturation) 和生长终止 (Growth Termination) 等现象。 应力驱动相变 (Stress-Driven Phase Transformation)： 探讨外加载荷或内部应力如何影响相变的自由能，从而加速或抑制形核与生长过程。我们将介绍相变诱发塑性 (Transformation Induced Plasticity, TRIP) 等效应。 多相区内的相变动力学 (Phase Transformation Kinetics in Multiphase Regions)： 分析在多相区内，不同相之间的相互作用如何影响形核和生长过程，例如，一个相的生长如何为另一个相的形核提供异质点。 本部分将结合微观结构演化模拟，如晶粒生长模型、相场模拟 (Phase-Field Modeling) 等，来可视化和定量分析形核和生长过程。我们将讨论这些模拟技术如何帮助理解复杂微观结构的形成，例如，层状结构、共格相、多边形晶粒等。 第三部分：实验技术与表征方法 本部分将详细介绍用于研究合金相变动力学的各种实验技术和表征方法。我们将重点介绍能够实时监测或提供相变过程信息的手段。 热分析技术 (Thermal Analysis Techniques)： 差示扫描量热法 (Differential Scanning Calorimetry, DSC)： 讲解DSC如何测量相变过程中吸收或放出的热量，从而确定相变温度、焓变和反应动力学参数。我们将讨论不同扫描速率对相变行为的影响。 差热分析 (Differential Thermal Analysis, DTA)： 介绍DTA与DSC的异同，以及其在确定相变温度方面的应用。 X射线衍射 (X-ray Diffraction, XRD)： 原位高温XRD (In-situ High-Temperature XRD)： 阐述如何通过原位XRD实时监测晶体结构的演变，识别不同相的形成和消失，并分析晶格参数随温度的变化。 原位应力XRD (In-situ Stress XRD)： 介绍如何利用XRD测量相变过程中的应力分布，从而理解应力对相变动力学的影响。 透射电子显微学 (Transmission Electron Microscopy, TEM)： 原位TEM加热/拉伸台 (In-situ TEM Heating/Tensile Stage)： 讲解如何利用原位TEM直接观察微观形核、生长、晶界迁移、位错行为等过程，并提供高分辨率的微结构信息。 高分辨透射电镜 (HRTEM) 与电子衍射 (ED)： 介绍如何利用HRTEM分析原子排列，识别相界面结构，以及利用ED确定相的晶体结构。 扫描电子显微学 (Scanning Electron Microscopy, SEM)： 原位SEM加热/拉伸台 (In-situ SEM Heating/Tensile Stage)： 介绍如何利用原位SEM观察宏观或中尺度相变行为，如晶粒形貌变化、裂纹萌生与扩展等。 电子背散射衍射 (Electron Backscatter Diffraction, EBSD)： 讲解EBSD如何绘制晶粒取向图，分析晶粒尺寸、形状、晶界特性及其随相变过程的演化。 其他重要技术： 原子探针断层扫描 (Atom Probe Tomography, APT)： 介绍APT如何实现原子尺度的三维化学成分分析，对于理解合金元素偏聚、有序相形成等至关重要。 电阻测量 (Resistivity Measurements)： 讲解电阻率如何与材料的晶体结构、晶界、缺陷等相关联，从而间接反映相变过程。 拉曼光谱 (Raman Spectroscopy)： 介绍拉曼光谱在识别不同晶相、监测化学键变化等方面的应用。 本部分还将讨论如何通过实验数据分析，例如，利用Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 方程拟合DSC数据，分析XRD峰位变化等，来定量评估相变动力学参数，并与理论模型进行比对。 第四部分：复杂合金体系的相变动力学 在前三个部分建立了理论基础和实验方法后，本部分将把视角扩展到实际的复杂合金体系，探讨其特有的相变动力学行为。 固溶强化合金 (Solid Solution Strengthened Alloys)： 溶质原子对扩散的影响： 分析溶质原子如何通过改变点缺陷浓度、束缚空位、影响界面迁移等方式，显著影响母相和子相的扩散速率，从而改变相变动力学。 溶质拖曳效应 (Solute Drag Effect)： 详细阐述溶质原子在移动的相界面处形成偏聚层，阻碍界面迁移的机制，以及这对生长动力学的影响。 沉淀强化合金 (Precipitation Strengthened Alloys)： 沉淀的形核与生长： 讨论过饱和固溶体中沉淀相的形核动力学，特别是共格沉淀、半共格沉淀和非共格沉淀的形核机制。分析沉淀的生长方式，如柯文格尔生长 (Coarsening)、奥斯特瓦尔德熟化 (Ostwald Ripening) 等。 析出强化相的演变： 探讨沉淀相在后续热处理过程中的粗化、溶解、再沉淀等动力学过程，及其对材料强度的影响。 相变诱导材料 (Phase Transformation Induced Materials)： TRIP钢 (Transformation Induced Plasticity Steel)： 深入分析奥氏体向马氏体相变的动力学，以及马氏体相变诱发的塑性效应如何提高材料的韧性和强度。 形状记忆合金 (Shape Memory Alloys, SMA)： 探讨SMA中的马氏体相变，以及其恢复形状的机制，分析影响马氏体转变温度和回复应力的因素。 高熵合金 (High Entropy Alloys, HEAs)： 高熵效应与相稳定性： 分析在高熵环境下，构成熵对自由能的影响，以及其对形成单相固溶体或复杂多相结构的影响。 HEAs中的扩散与相变： 探讨在高熵合金中，多组分原子之间的相互作用对扩散系数和相变动力学带来的独特挑战。 纳米晶合金 (Nanocrystalline Alloys)： 晶界效应主导的扩散： 强调在纳米晶材料中，晶界体积占比急剧增加，晶界扩散成为主导，从而显著改变宏观相变动力学。 纳米尺度的形核与生长： 讨论在纳米尺度下，形核与生长过程的特殊性，以及尺寸效应带来的影响。 在分析这些复杂体系时，我们将强调多尺度耦合的重要性，即如何将原子尺度的扩散行为、介观尺度的形核与生长过程，以及宏观的材料性能演变联系起来。我们将引入计算材料学的工具，如CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) 方法，来预测复杂合金的相图，并与实验结果进行验证。 总结 《合金相变动力学：理论、模型与实验技术》旨在为材料科学家、工程师和研究人员提供一个全面、深入的相变动力学知识体系。通过结合扎实的理论基础、前沿的模型方法和先进的实验技术，本书将帮助读者更好地理解和预测合金在不同温度、应力及成分条件下的微观结构演变，从而为开发具有优异性能的新型合金材料提供理论指导和技术支持。本书的重点在于揭示相变过程的内在动力学机制，而非仅仅描述最终的相组织，旨在让读者掌握理解和控制相变过程的“钥匙”。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆