熱動(dòng)復(fù)習(xí)題材料熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)

一 概

UQW

Qd(UPV)熱2：任何受外界響體系是單地趨向衡態(tài)熵+發(fā)過程可逆過→dS R隔絕體系的熵值在平衡時(shí)為最大→熵增原理 體系）→Gibbs自由能 自發(fā)進(jìn)行（同T，pdGdHTdSd(HTS) (H.W.Nernst，1906)：lim(G)lim(S)T

T FinalOK單組元材料熱力的轉(zhuǎn)變→加熱過程發(fā)生的相變要引起體積的膨脹→BCC結(jié)構(gòu)相在高溫將變得比其他典型金屬結(jié)構(gòu)（FCCHCP結(jié)構(gòu)）更穩(wěn)定（Fe）熱力學(xué)解釋1→G：溫度相同時(shí)，疏排結(jié)構(gòu)的熵大于密排結(jié)構(gòu)；疏排結(jié)構(gòu)的焓于密排結(jié)構(gòu)→低溫：H；高：2→Maxwell方程HVTTSVTVPV：Richard

SmHm/

S/V

8.3J/molK

J/molW、Ag…）在接近時(shí)，其空位平衡濃度約為10-4；把高溫時(shí)金屬中存在的Dulong-Petit：線性諧振動(dòng)子+能量均分定律→

Q dU C

Einstein(固體振動(dòng)熱容理論)n3N個(gè)諧振3

C3R(/T e (e

CV

d(U)

125

4

T33234R33D D

G d(GG)0,dG H m TVm液-固、固-固平衡→壓力和溫度呈線性關(guān)系→對于凝聚態(tài),如果壓力改變不（or低壓）,固-固(液)Vm變化非常小,Sm對溫度和壓力不是很敏感，dP/dT接近常數(shù)。

PAexp(Hm/Fe（壓力改變晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性：隨著壓力升高,提高,高壓傾向于使固態(tài)穩(wěn)定；BCC－FCC轉(zhuǎn)變溫度下降(FCC區(qū)域)FCC(密排)相13GPa時(shí),BCC－HCP(密排相)轉(zhuǎn)變。x1/20H

x(1x)

1kN

4GPRTCRTln2GmGGPCGmRT2x(1x)1/2RTxlnx(1x)ln(1x)lnC二組元材料熱力A、B混合后 RT(XlnXXlnX GGmG0HmXAHAXBHBUmXAUAXBUBVmXAVA-：=熱熵（振動(dòng)熵）+：

SmSS組XASAXBSB

SmixRXAlnXAXBlnXBSmax5.736Jmol1KAAA鍵的數(shù)目:nzNX22BB鍵的數(shù)目:nzNX22AB鍵的數(shù)目:n2XzN2XX22 ΔGE:Gibbs自由能GRGID IAB在+16.7kJ/mol以上

GEIXABAABAIAB<<0,異類原子則更傾向于聚合在一起(異類原子偏聚),這稱為有序化(有Ni序排列（或偏聚作用）。異類原子間具有更大的結(jié)合強(qiáng)度→分處有的極大值；異類原子間具有較小的結(jié)合強(qiáng)度→這個(gè)系統(tǒng)中所有合IAB0所帶來的混合熵偏差，Gaggenheim提出一種修正方法-計(jì)算溶體混合熵與理想溶體混合熵的偏差SEIAB對混合熵的影響。

(XX SE B 變化也要影響原子間的距離；uAA、uAB和uBB都要隨之變化。I 11.725.44XKJ AB亞規(guī)則溶體模型的思想：IAB這一參ABABAB

ABABAB

XBABAABA

)2ABA ABAH(T)1H(T)H(T)1H(T) 2TCP1H(TC(G/T)H/T許多金屬間化合物材料具有:高、雙相、低、高比強(qiáng)等特點(diǎn)如：中高溫Ti-Al系;高溫Ni-Al系;溫Nb-Si系；Si；高純組元組成溶體后,由于各組元之間的相互作用以及質(zhì)點(diǎn)間排列的變化,溶體的熱力學(xué)函數(shù)已不再是各組元熱力學(xué)函數(shù)的簡單加和,各組元在溶體中的熱力dniM1moli組元所引起廣度性質(zhì)M的變化值BBRTln 20G(1X)ARTln 20G(1X)IAB>16.7kJ/mol時(shí)，化學(xué)勢不再單調(diào)，因此會發(fā)生上坡擴(kuò)散。0GRT0GRTln i時(shí)，i→－∝，描述稀溶體有）,又能保存化學(xué)勢基本特aAaAXAexp ABXAf(1X)2稀溶液（XB→0）中的兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律1HenrysRaoults兩相平衡（兩相平衡的基本判據(jù):體系的Gibbs

dG

兩相平衡的化學(xué)勢相等條件-公切RT1RT1X 1X(X) (X) L22 T ABTARTXX(1X) (1X) L22 T ABTBTmTm BAB1 (TTIR2(TT)224R(II IL0 m(TATB2液固相線有極大I IL m(TATB2液固相線有極小α相:固溶體相A(B)；β相:B(與固溶體結(jié)構(gòu)不同 B R0S)0H(1X)2I K0HIB GGmmAB (GnIB GG(mGnG AB化合物的形成自由能ΔGθ越負(fù)，溶解度就越小0G0G0GRTlnXRTlnX AAαβ相均為稀溶體，則平衡兩相的濃度差(兩相區(qū)的寬度)與溶0000 G A Bexp X(0G0G)(IIXB/ X

0G)(I

I X MX

exp 材料相變熱相變：在均勻單相內(nèi),或在幾個(gè)混合相中，出現(xiàn)了不同成分或不同結(jié)構(gòu)(包括原

V

二級相變Cpαβ2 2 2 2 2 i i, i iTTT2 T2pp依靠原子擴(kuò)散進(jìn)行,固溶體的穩(wěn)定性及其分解IAB>0溫度不高時(shí)，溶體自由能曲線為失穩(wěn)分解類型；在亞穩(wěn)區(qū)成分范圍：TI/ 液體中的溶解度間隙ABTc以下(或以上)時(shí)，：TI/

FCCCo變已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于合金強(qiáng)化、形狀(以及超彈性)合金研發(fā)以及陶瓷GG(1X)0GX0GX(1mBA B )I：G0GX(0GImABB變能和界面能),GMGGM(非化學(xué)自由能)GG432 4r2 cr2nc3rdndnbdn dndnbdn dG bm m B BXXRT GGGGIX00 00 XAAB BBexp mexp XV IIXBbGGGbGGGF0 0 0 AVbGGGF0 B BBbX偏析系數(shù)(SegregationB熱容模擬模型：Zener-HiIlert-Nishizawa方法（特點(diǎn):可以將磁性轉(zhuǎn)變自由能部材料動(dòng)力：的擴(kuò)散物質(zhì)量(擴(kuò)散通量)JD

(mol/cm2)Tarmann溫度。擴(kuò)散機(jī)制以空位擴(kuò)散機(jī)制為主如果采用換位機(jī)制，推算出的移動(dòng)距離為Kirkendall效應(yīng)：退火過程中由于成分不均勻，ZnCu則向里CuZnMo絲向內(nèi)移動(dòng)。Kirkendall效應(yīng)的本質(zhì)原因：ZnJZnCuJCu。DRTB DRTB iilnCi在形核階段保持共格能降低表面能，但是隨著的長大，將有一個(gè)表面能與馬氏體相變形核（非均勻形核V4300J/molV4 形核階段界面能在非化學(xué)自由能中占主導(dǎo)地位;自發(fā)長大階段,彈性應(yīng)變能逐漸取代界面能,在非化學(xué)自由能中起主導(dǎo)作用馬氏體相變的驅(qū)動(dòng)力由兩部分組成,即化學(xué)驅(qū)動(dòng)力和力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,后者的第二相粒子粗化（Ostwald熟化ra粒子長大速率高，這些“相平衡、相圖、相L—L—L—

L+—L—L—L—L—高分子材料熱力二 公)kT1/40

(1J103GPa0K0KT規(guī)定熵NnN+n個(gè)結(jié)點(diǎn)的排列組態(tài)數(shù)：WV(NBoltzmanSSVS0k

NGHGHTSnukTNln nlnn NNnX expuVNKTTT TT

T0T0GT(T0T)HT/0Gibbs自由能（振動(dòng)熵）G

CdT

TCPdTH(0KT T

0：Gmix：GmixHmixTSmixIABXAXBRT(XAlnXAXBlnXB

0G

0GRT

xln

)xx I

zN

uAAuBB

AB

G(1Xm iixAdAxBdBm dGmXAdAAdXAXBdBBdX

dGdX三 習(xí) [壓力改變晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性]298K1atmJ/molK5.74J/molK,395.41kJ/mol393.51kJ/mol3.513墨，室溫下提高壓力能否將石墨變?yōu)槭?/p>

GHgd298Sgd2901J/：增壓：經(jīng)歷過程（P,石墨）→（1atm,石墨）→（1atm,石）→（P,石： GgdV[ΔP不大，P-T線性關(guān)系]錫(Sn)286K1atm下,-轉(zhuǎn)變焓H2092J/mol,錫的摩爾質(zhì)量為118.7g,和錫的分別為5.75g/cm3和7.27g/cm3。估算1000個(gè)大氣壓VM(11m

[近平衡溫度時(shí)相變自由能差的計(jì)算]已知純鈦/平衡溫度為882℃,相變焓為14.65kJ/mol。估算800℃時(shí)，-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)?Ti的相變驅(qū)動(dòng)力[活度與相互作用能、濃度]RTlnRTlnaA(1X)2X A

a0I 2X1I

RTlnCrX CrX

0GRTln i0GRTln i Cr

1X

FeCr[固液平衡]A-B二元系的液相及固相均為理想溶體A和B兩組元的為ABTB=700K，試求該二元系的液相線和固相線HL11.3kJ/ HL14.2kJ/AB[固液相線近年來，MgAl合金相圖中液固相線的分析，了解δMgAl原子間的相互作用特點(diǎn)。Mg-Al相圖可以看出，Mgl7Al12相的液固相線有極大值。這說明相對于假定為理想溶體的液相，Mg17Al12MgAl之間的相互作用能IAB是負(fù)值[固液相線]Ge、Si等都是純度非常高的材料。有8N。試分析如何利用固液相平衡原理來提純材料[固固平衡CuBi、AsBi從相圖可以看出，BiCu中的溶解度可以忽略微量的Bi會出現(xiàn)純組元Bi，Cu變脆AsCuAs[固溶體平衡Tiα-β1155K3349J/mol,1073Ti-M二元系，和固溶體相都是濃度不高的稀溶體；利用亞規(guī)則溶體模型可XX0M為相穩(wěn)定元素XX

[形核驅(qū)動(dòng)力]碳鋼淬火馬氏體在進(jìn)行低溫回火時(shí)，并不析出該溫度下的穩(wěn)定碳化物Fe3C(θ),Fe2.3-2.5C(ε)，試分析原因 0.1J/m2,1J/m2,試計(jì)算從α基體相中析出直10nm的β相(球形)在上述三種狀態(tài)下的