中南大学材料热力学

第一篇：中南大学材料热力学

北京理工大学材料力学资料：

1、2000-2009年846材料力学考研真题。

2、2001-2009年真题带标准答案(其中01-03年有详细解答过程)。

3、出题老师讲授下的本科生全套笔记。

4、本科生最新课件(电子版)。

5、2001-2009年本科生期中期末试题多套及详细解答。

6、2010年本科生内部多套习题及详细解答。

7、工程力学课后习题答案(珍贵，上下册)。

8、材料力学重点难点及典型题精解+材料力学学习指导(孙训方)。

2012年5月1日更新的资料：

资料来源(工程力学出题授课老师-梅凤翔)

1.工程力学本科专业课程介绍，指定教材，学习方法，参考文献，考核办法等

2.本科生工程力学教师队伍(包含梅凤翔、水小平、周际平、白若阳、刘海燕等权威教师介绍，研究方向，联系方式及照片)、成果展示等

3.工程力学本科生教学大纲

4.本科生内部教学及实验指导

5.工程力学内部全套作业习题、以及工程力学2004-2005年两学期期末题

注意：2008-2011年更新省略。近几年本科生期末试题为2012年5月15日添加，本科生内部课件讲义为2012年6月10日更新。

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北京理工大学考研826信号处理导论信号与系统全套考研资料

北京理工大学848理论力学2001-2012真题

北京理工大学887电子科学与技术基础真题课件笔记期末全套资料

2013年北京理工大学考研北理工852宏微观经济学考研真题笔记答案

北京理工大学839材料科学基础真题2003-2011真题含答案(特价)

第二篇：吉林大学材料力学历年真题2000~2006

2000年

一、作图示结构的内力图，其中P=2qa,m=qa²/2。(10分)

二、已知某构件的应力状态如图，材料的弹性模量E=200GPa,泊松比µ=0.25。试求主应力，最大剪应力，最大线应变，并画出该点的应力圆草图。(10分)

三、重为G的重物自高为h处自由落下，冲击到AB梁的中点C，材料的弹性模量为E，试求梁内最大动挠度。(8分)

四、钢制平面直角曲拐ABC，受力如图。q=2.5πKN/m，AB段为圆截面，[σ]=160MPa，设L=10d，Px=qL,试设计AB段的直径d。(15分)

五、图示钢架，EI为常数，试求铰链C左右两截面的相对转角(不计轴力及剪力对变形的影响)。(12分)

六、图示梁由三块等厚木板胶合而成，载荷P可以在ABC梁上移动。已知板的许用弯曲正应力为[σ]=10Mpa，许用剪应力[τ]=1Mpa，胶合面上的许用剪应力[τ]胶=0.34Mpa，a=1m，b=10cm，h=5cm，试求许可荷载[P]。(10分)

七、图示一转臂起重机架ABC，其中AB为空心圆截面杆D=76mm，

2 d=68mm，BC为实心圆截面杆D1=20mm，两杆材料相同，σp=200Mpa，σs=235Mpa，E=206Gpa。取强度安全系数n=1.5，稳定安全系数nst=4。最大起重量G=20KN，临界应力经验公式为σcr=304-1.12λ(Mpa)。试校核此结构。(15分)

八、水平曲拐ABC为圆截面杆，在C段上方有一铅垂杆DK，制造时DK杆短了△。曲拐AB和BC段的抗扭刚度和抗弯刚度皆为GIP和EI。且GIP=EI。

54杆DK抗拉刚度为EA，且EA=

2EI5a2。试求：

(1)在AB段杆的B端加多大扭矩，才可使C点刚好与D点相接触? (2)若C、D两点相接触后，用铰链将C、D两点连在一起，在逐渐撤除所加扭矩，求DK杆内的轴力和固定端处A截面上的内力。(15分)

九、火车车轴受力如图，已知a、L、d、P。求轴中段截面边缘上任意一点的循环特征r，平均应力σm和应力幅σa。(5分)

2001年

一、作梁的内力图。(10分)

二、直径d=100mm的圆轴，受轴向拉力P和力偶矩m的作用，材料的弹性模量E=200Gpa，泊松比μ=0.3，现测得圆轴表面轴向线应变ε0=500×10-6，45方向线应变ε45=400×10-6。试求P和m。(10分)

三、已知直径为d的钢制圆轴受力如图。

(1)试确定可能危险点的位置，并用单元体表示其应力状态; (2)若此圆轴单向拉伸时的许用应力为[σ]，试列出校核此轴强度的强度条件。(10分)

四、已知图示结构中各杆的直径均为d,以及E、G、m、a 试求:(1)A端在y-z平面内的转角θA;

(2)若在A端沿z方向再加上一集中力P，问θA的变化值是多少?(10分)

五、已知钢架受力如图，试求: A处的约束反力。(12分)

六、结构如图所示，横梁AC为T型截面铸铁梁。

已知其许用拉应力[σt]=40Mpa，许用压应力[σc]=160Mpa，IZ=800cm4，y1=5cm，y2=9cm，BD杆用A3钢制成，直径d=24cm，E=200Gpa，λp=100，λs=60，经验公式为σcr=(304-1.12λ)Mpa，稳定安全系数nst=2.5。试校核该结构是否安全?(12分)

七、已知: a、b两种材料的σ-ε曲线，若取安全系数n=2，是分别求出其许用应力

6 [σ];并说明何谓冷作硬化现象?(6分)

八、已知如图，

(1)、试列出求解AB梁弯曲变形所需的挠曲线近似微分方程。(不必积分) (2)、列出确定积分常数所需的全部条件。(6分)

九、试指出下面各截面梁在P的作用下，将产生什么变形?(6分)

十、求下列结构的弹性变形能。(E、G均为已知)(6分)

十一、已知某材料的σ-1=300Mpa，σb=700Mpa，σ0=450Mpa，用此材料制成的构件的有效应力集中系数K σ=2.0，尺寸系数εσ=0.8，表面质量系数β=0.9。试作出此构件的持久极限简化折线。(6分)

十二、已知如图，一重量为Q的冲击物，以速度v水平冲击杆AB，试根据能量守恒定律，推导水平冲击时的动荷系数。(6分)

2003年

一、做图示结构中AD段的内力图。(15分)

二、圆轴受弯扭组合变形，m1=m2=150N〃m，d=50mm，E=200Gpa，µ=0.3;试画出危险点的应力状态，并求其主应力、最大剪应力、最大线应变值。

三、钢制实心圆截面轴AC，[σ]=140Mpa，L=100cm，a=15cm，皮带轮直径D=80cm，重Q=2KN,皮带水平拉力F1=8KN，F2=2KN，试设计AC轴的直径d。(15分)

四、矩形截面组合梁，已知材料的弹性模量E、a、b、h，在突加重物Q的作用下，测得中间铰B左、右的相对转角=2，求Q值及梁内横截面上的最大正应力。(15分)

五、圆截面平面曲拐OAB与直杆CD直径、材料均相同。已知P、L，且GIp=0.8EI，EA=0.4EI/L2，求O端的约束反力。(20分)

六、矩形截面悬臂梁，已知材料的弹性模量E、L、b、h，在上顶面作用着均布切向荷载q，求轴线上B点的水平位移UB、垂直位移VB、杆件的弹性变形能U。(20分)

七、AB为T形截面铸铁梁，已知IZ=4×107mm4，y1=140mm，y2=60mm，许用拉应力[σt]=35Mpa，许用压应力[σc]=140Mpa。CD为圆截面钢杆，直径d=32mm，E=200Gpa，σp=200Mpa，σs=240Mpa，[σ]=120Mpa，nst=3，l=1m，直线经验公式为：σcr=(304-1.12λ)Mpa。当载荷在AB范围内移动时，求此结构的许可荷载[p]。(20分)

注：nst为规定的稳定安全系数。

八、列出求解AB梁弯曲变形所需的挠曲线近似微分方程(不必积分);写出确定积分常数所需的全部条件;画出挠曲线的大致形状。已知：q、a、弹簧刚度K，EI为常数。(10分)

九、分别画出低碳钢、铸铁试件在扭转实验中的受力图;将要破坏时横截面上的应力分布图;破环件的断口形式，分析破坏原因。若测得低碳钢破坏时的扭矩为m1，铸铁破坏时的扭矩为m2，写出计算剪切强度极限的表达式(试件直径均为d)。(10分)

十、圆轴AB以等角速度ω回转，已知：P、L、d、ω，求危险点的循环特征r;平均应力σm;应力幅σa，画出该点的σ～t曲线。(10分)

2004年

一、画图示梁的剪力图和弯矩图。(15分)

二、直径为d的钢制圆轴受力如图所示，已知材料的许用应力为[σ]，m=qL2，P=qL，试用第三强度理论设计该圆周的直径d。(15分)

三、已知平面曲拐ABC和DF梁的抗弯刚度为EI、抗扭刚度为GIp和CD杆的抗拉刚度为EA，设EI=4GIP=2EAL2。试求CD杆的内力。(20分)

四、结构受力如图所示，横梁AB为T字形截面铸铁梁，已知其许用

12 拉应力为[σt]=40Mpa，许用拉应力为[σc]=160Mpa，Iz=800cm4，y1=50mm，y2=90mm;CD杆用A3钢制成，截面为圆形，d=30mm，E=200Gpa，λp=100，λs=60，经验公式为：σcr=(304-1.12λ)Mpa，稳定安全系数nst=3。试校核该结构是否安全。载荷P可在AB梁上移动。(20分)

五、结构受力如图所示，设弹簧刚度为K=5EI/L3，试求C截面的挠度fc。(15分)

六、某一钢结构危险点处的应力状态如图所示，已知E=200GPa，μ=0.3，σs=200MPa，σb=400MPa，安全系数n=2。试求：(1)图示单元体的主应力;(2)最大剪应力;(3)最大线应变;(4)画出相应的三向应力圆草图;(5)对该点进行强度校核。(15分)

七、已知某材料的持久极限曲线如图所示，试求(1)A、B、C、D各点的循环特性r;(2)σ-1和σb;(3)G点的σmaz和σmin;(4)画出相应的持久极限曲线的简化折线。(7分)

八、结构如图所示，试求结构在静荷载q和动荷载G=qL冲击下 D点的挠度fD，设qL4=4hEI，EI为梁的抗弯刚度。(15分)

九、圆轴受力如图所示，已知：E=200GPa，μ=0.3，d=100mm，现测得圆轴表面A点沿轴线方向的线应变为ε0°=5×10-4，沿45°方向的线应变为ε45°=4×10-4，试求外荷载P和M。(15分)

十、结构受力如图所示，其中U为结构的弹性变形能，试问的力学意义是什么?

十一、一弹性体在广义力P1和P2共同作用下，

1、2两点产生的广义位移分别为Δ1和Δ2;设P1单独作用1点时，在

1、2两点产生的位移分别为Δ11和Δ21;设P2单独作用2点时，在

1、2两点产生的位移分别为Δ12和Δ22。试证明：P1×Δ12= P2×Δ21。(8分)

2005年

一、画出图示梁的剪力图和弯矩图。(15分)

二、结构受力如图所示，已知平面钢架ABCD的抗弯刚度为EI，EF杆的抗拉刚度为EA，设3EI=EAL2。试求EF两点的相对位移。(20分)

三、直径为d的钢制圆轴受力如图所示，材料的许用应力为[σ],已知L、P、m=4PL，试用第三强度理论设计该轴的直径d。(15分)

四、已知某钢结构危险点处的应力状态如图所示，E=200GPa，μ=0.25。试求：(1)图示单元体的主应力;(2)最大剪应力;(3)最大线应变;(4)画出相应的三向应力圆草图。(15分)

五、结构受力如图所示，横梁AB为T字形截面铸铁梁，已知其许用拉应力为[σt]=40MPa，许用压应力为[σc]=90MPa，Iz=800cm4,y1=40mm,y2=80mm;CD杆用A3钢制成，截面为圆形，d=20mm，L=1m，E=200GPa，σp=200MPa，σs=240MPa，稳定安全系数nst=3，经验公式为：σcr=(304-1.12λ)MPa。试求该结构的许用荷载。(20分)

六、结构受力如图所示，已知：E=200GPa，μ=0.3，d=80mm，L=1m，现测得圆周上表面A点与水平线成45°方向的线应变为

ε-45°=4×10-4，试求外荷载P。(15分)

七、试求图示结构A截面的挠度fA，设ABCD梁的抗弯刚度为EI。(15分)

八、图示为平面直角钢架ABC，受一重物G自高度为h处自由降落在A点处，设EI为钢架的抗弯刚度，试求直角钢架ABC内最大动弯矩Mmax，d。(15分)

九、已知结构某点的交变应力随时间的变化曲线如图所示，试求：(1)循环特性r;(2)平均应力σm;(3)应力幅度σa;(4)在σm—σa坐标系中，标出该应力循环对应点，并求出自原点出发且通过该点的射线与水平轴σm的夹角α。(10分)

十、一等直杆受轴向拉伸，当应力达到σ=250MPa时，其应变ε=2×10-3，已知E=200GPa，L=300mm，试求此杆的塑性应变。(7分)

十一、图示为一等直杆受偏心拉伸，试确定其任意x截面上的中性轴方程。若设yp=h/6，zp=b/6，求其中性轴在y轴和z轴上的截距(ay=?、az=?)各为多少?(8分)

2006年

一、画图示梁的剪力图和弯矩图。(15分)

二、

1、什么是材料的力学性质?

2、为什么要研究材料的力学性质?

3、今有一新研制的金属(塑性)材料，请写出应测定该材料的力学性质的名称和符号(10个或10个以上)。(15分)

三、有一长L=10m，直径d=40cm的原木，[σ]=6MPa,欲加工成矩形截面梁，且梁上作用有可移动荷载F，试问：

1、当h、b和x为何值时，梁的承载能力最大?

2、求相应的许用荷载[F]。(15分)

四、钢制圆轴受力如图所示，已知E=200GPa，μ=0.25，F1=πKN，F2=60πKN，Me=4πKN〃m，L=0.5m，d=10cm，σs=360MPa，

σb=600MPa，安全系数n=3。(1)试用单元体表示出危险点的应力状态;(2)试求危险点的主应力和最大线应变;(3)对该轴进行强度校核。(15分)

五、钢制圆轴受力如图所示，已知材料的许用应力为[σ]=100MPa，直径d=5cm，E=200GPa，μ=0.25，今测得圆轴上表面A点处的周向线应变ε0=240×10-6，-45°方向线应变ε-45°=-160×10-6。试求m1和m2，并对该轴进行强度校核。(15分)

六、直径为d的钢制平面曲拐圆轴受力如图所示，已知材料的许用应力为[σ]=160MPa，q=20KN/m，F1=10KN，F2=20KN，L=1m，试设计AB轴的直径d。

七、结构受力如图所示，已知Me、a，钢架各杆EI为常数，试求B截面的转角(不计剪力和轴力的影响)，并画出挠曲线的大致形状。

21 (10分)

八、已知平面钢架EI为常数，试问：若在C处下端增加一刚度为K=3EI/a3(单位：N/m)的弹性支座后，该钢架的承载能力(强度)将提高多少倍?(20分)

九、已知矩形截面铝合金杆A点处的纵向线应变εx=5×10-4，E=70GPa，h=18cm，b=12cm，试求荷载F。(10分)

22

十、已知槽形截面铸铁梁AB，其许用拉应力为[σt]=30MPa,许用压应力为[σc]=120MPa,IZ=18800cm4，y1=96mm，y2=164mm，CD杆材料为Q235，直径d=50mm，L=1m，E=200GPa，σp=200MPa，σs=240MPa，稳定安全系数nst=3，经验公式为：σcr=(304-1.12λ)MPa。今有一重为G=200N从高度为h=10cm自由落到AB梁B点，试校核AB梁的强度和CD杆的稳定性。(20分)

23

第三篇：2014_南京航空航天大学816材料力学(试题)

南京航空航天大学

2014年硕士研究生入学考试初试试题(A卷)

科目代码:816

科目名称:材料力学 满分:150分 注意:①认真阅读答题纸上的注意事项;②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无

效;③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回!

第一题(15分)

塔吊各部分尺寸如图。当起吊重物在最大伸展位置 D 时，允许起吊重量为 W=10kN。配重块的重量为 WB=15kN。A、B、C、E、F各处均为铰链联接。AB、AC使用圆截面钢杆连接，材料的屈服极限为 360MPa。设计要求的安全因数不小于 3.0，试分别设计 AB杆和 AC杆的截面尺寸(直径)。

第二题(15分)

空心圆截面杆AB承受扭转力偶矩M作用，在D点沿与轴线成45º方向的外表面粘贴应变片。 杆的外径为D=120mm，内径为d=110mm，长度l=500mm。材料的切变模量为G=70GPa。试 确定

(1)D点沿与轴线成45º方向的应变值与B截面转角间的关系。

(2)当测得D点沿与轴线成45º方向的应变量为-0.0008时，力偶矩M有多大?

(3)这时B截面的转角有多大?如果B点在形心位置，BC的初始位置为水平放置，且长为 300mm，求C点的垂直位移。

科目代码：816科目名称：材料力学 第1页共4页

第三题(15分)

试作图示梁的剪力图和弯矩图。

M1=0.5qa2

q

A

a q B C 2a 2 M2=qa

第四题(15分)

图示矩形截面梁在 B截面作用力偶 Me，截面高 H，宽为 B，材料的拉、压弹性模量不同， 压缩弹性模量 Ec是拉伸弹性模量 Et的4倍， Ec 4Et，试求：

(1) 写出中性轴位置 Zc的表达式;

(2) 最大压应力与最大拉应力之比cmax ; tmax

(3) 若许用压应力[σc]为许用拉应力[σt]的 4倍，试求力偶Me许可值。

B

Me

H

A B Zc

y z

第五题(15分)

某点应力单元体如图所示，应力单位为 MPa， 设材料弹性模量 E 200GPa，泊松比 0.3，试计算：

1.该点的 3个主应力和最大切应力。

2.最大线应变。

3.绘制该点的应力圆。

第六题(15分)

传动轴受力如图示。若 F12kN ，材料的许用应力 120MPa，试根据第三强度理论 设计该轴的直径 d。

第七题(15分)

图示钢杆和铜杆的截面和长度均相同，且都是细长杆。将两杆的两端分别用铰链联结，此 时两杆都不受力。试计算当温度升高多少度时，将会导致结构失稳?已知杆长 l 2 m，横 截面积A 20 cm，惯性矩 I40cm

z 2 ，钢的弹性模量Es200 GPa，铜的弹性模量 Ec 100GPa，钢的线膨胀系数s12.5106/℃，铜的线膨系数c 16.510 6 /℃。 4

钢

铜

第八题(15分)

一体重 W=500N的蹦极选手，身上系着一根抗拉刚度EA=2.1kN的减震保险绳，从60m高 的桥面上飞身跳下，若要求人距水面的安全距离(高度)为10m，试设计减震保险绳的长 度 L(不考虑绳子的自重)。

第四篇：材料热力学论文

马氏体强化机制及相变研究

摘要：马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。本文以马氏体的组织形态以及马氏体相变过程为出发点，主要阐述了马氏体的主要强韧化机制以及马氏体相变研究中的一些新进展，包括马氏体相变特性、马氏体相变热力学、马氏体相变晶体学等。

关键词：马氏体，强化机制，马氏体相变，相变热力学，相变晶体学。

1.马氏体概述

马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。将钢加热到一定温度(形成奥氏体)后经迅速冷却(淬火)，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。

马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中(二维)通常表现为针状(needle-shaped)，这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。 马氏体的晶体结构为体心四方结构(BCT)。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

2.马氏体形态

人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。 2.1 条状马氏体

主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体;因其精细(亚)结构为高密度(一般为0.3～0.9×1012cm/cm2)位错，故又称位错马氏体。

在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”(即板条群)。板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束(即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm)，马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜(约为20μm)所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。

2.2 片状马氏体

片状马氏体主要形成于含碳量较高的钢中，又称为高碳马氏体;因其形成于200℃以下的低温，故又称低温马氏体;因其精细(亚)结构为大量孪晶，故又称其为孪晶马氏体。这种孪晶在靠近马氏体片的边界处消失，不会穿过马氏体边界，而边界上的亚结构则为复杂的位错网络，现已查明：马氏体片的中脊仍是密度更高的极细孪晶。

片状的马氏体的空间形态为双凸透镜状。在光学显微镜下观察的乃是截面形状，因试样磨面对每一马氏体片的切割角度不同，故有针状、竹叶状，所以又称针(竹叶)状马氏体，马氏体片之间不平行，相交成一定角度(如60°、120°)。 在原奥氏体晶粒中，首先形成的马氏体片是贯穿整个晶粒的，但一般不穿过晶界，只将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体由于受到限制而越来越小。所以片状马氏体的最大尺寸取决于原奥氏晶粒大小，原奥氏体晶粒越粗大，马氏体片越大，反之则越细。当最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，便称为隐晶(或称为隐针)马氏体。

片状马氏体的基本特征是在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体针较粗大，往往横贯整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体针大小受到限制，因此针状马氏体的大小不一，但其分布有一定规律，基本上马氏体按近似60°角分布。且在马氏体针叶中有一中脊面，含碳量愈高，愈明显，并在马氏周围有残留奥氏体伴随。由于针状马氏体形成于较低温度，故自回火现象很弱，在相同试剂浸蚀时，总是比板条马氏体显得明亮。

马氏体的硬度主要取决于它的含碳量。随碳含量增加，马氏体硬度升高，当碳含量质量分数达0.6%时，淬火钢的硬度值接近峰值。当碳含量进一步增加时，虽然马氏体硬度有所升高，但由于残余奥氏体的含量也增加，会使钢的硬度有所下降。合金元素含量对马氏体的硬度影响不大，但可以提高它的强度。

2.3 其它形态马氏体

(1)隐晶(或隐针)马氏体

在实际生产中，高碳钢或高碳高合金钢正常加热淬火时，由于原始奥氏体晶粒非常细小，所形成的马氏体晶体极细，在光学显微下看不出马氏体针的形态，称为隐晶(或隐针)马氏体。一般中碳钢快速加热时，也会得到极细的奥氏体晶粒，淬火后得到极细的条状和片状马氏体的混合组织，在光学显微镜下也看不出马氏体形态特征，也是一种隐晶马氏体。 (2)蝶状马氏体

在Fe-Ni合金和Fe-Ni(-Cr)-C合金中，当马氏体在板条状马氏体的形成温度范围之间的温区形成时，会出现具有特异形态的马氏体，这种马氏体的立体形态为“V”形柱状，其断面呈蝴蝶状，故称为蝶状马氏体或多角状马氏体。蝶状马氏体两翼的惯习面为{225}γ，两翼相交的结合面为{100}γ。电子显微镜观察表明，蝶状马氏体的内部亚结构为高密度位错，无孪晶存在，与母相的晶体学位向关系大体上符合K-S关系。 (3)薄片状马氏体

在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中，可观察到一种厚度约为3～10μm的薄片状马氏体，其立体形态为薄片状，与试样磨面相截呈宽窄一致的平直带状，带可以相互交叉，呈现曲折、分枝等形态，薄片状马氏体的惯习面为{259}γ，与奥氏体之间的位向关系为K-S关系，内部亚结构为{112}α/孪晶，孪晶的宽度随碳含量升高而减小。平直的带中无中脊，这是它与片状马氏体的不同之处。 (4)ε马氏体

上述各种马氏体都是具有体心立方(正方)点阵结构的马氏体(α/)。而在奥氏体层错能较低的Fe-Mn-C(或Fe-Cr-Ni)合金中有可能形成具有密排六方点阵结构的ε马氏体。ε马氏体呈极薄的片状，厚度仅为100～300nm，其内部亚结构为高密度层错。ε马氏体的惯习面为{111}γ，与奥氏体之间的位向关系为{111}γ//{0001}ε，<110>γ//<1120>ε。

2.4 影响马氏体形态的因素

实验证明，钢的马氏体形态主要取决于马氏体形成温度和过冷奥氏体中碳及合金元素的含量。对碳钢而言，随着钢中含碳量的增加，条状马氏体相对量减少，片状马式体数量则相对增加。一般来说，当奥氏体含碳量大于1%时，淬火后几乎完全是片状马氏体;当奥氏体中含碳量小于0.2%时，淬火后几乎完全是条状马氏体。含碳量在0.20～0.40%之间时，则以条状马氏体为主;含碳量在0.40～0.80%之间时，则为条状和片状马氏体的混合组织。除钴、铝以外，多数合金元素均使Ms点下降，故都增加马氏体的孪晶倾向。钴虽提高Ms点，但却不能减少马氏体内部的孪晶。

此外，应力和变形也能改变马氏体形态，在高的静压力下，可显著降低Ms，可在低碳钢中获得大片马氏体。若在Ms点以上不太高的温度进行塑性变形，则会显著增加条状马氏体的含量。

3. 马氏体的强化机制

金属的强化机制大致可分为固溶强化机制、第二相强化、形变强化及细晶强化等。近年来对马氏体高强度、高硬度的本质进行了大量研究，认为马氏体的高强度、高硬度是多种强化机制综合作用的结果。主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。

3.1 相变强化

马氏体相变的强化重庆316L不锈钢管研究认为：在不锈钢中具有最高硬度的SUS 440(2(13Cr-IC)(640-700[1V)属于马氏体系不锈钢，马氏体组织的结构非常微细，而且在其内部存在高密度的位错，若使碳过饱和固溶还能提高强度。另方面，经过最后的回火处理可以得到碳化物等析出物弥散细微分布的组织。马氏体系不锈钢用固溶碳量和加火处理可以调整其强度。例如，SUS 420J2(13Cr-O.3C)从i000~C的高温奥氏体区急冷时，发生固溶0.3%C的马氏体相变，再经回火热处理就会使碳化物等析出物呈微细弥散分布。其强度可达到约550HV。

3.2 细晶强化

人们早己知道晶粒大小影响金属强度。铁素体晶粒大小对退火的软钢屈服强度的影响，可以看出晶粒直径d与屈服强度间有着直线关系，晶粒越细屈服强度越高。这种屈服强度与晶粒大小间的关系称霍尔佩琪法则，因变形在晶粒内运动的位错在晶界其运动被阻，所以晶界大量存在的细晶粒材料，其强度很高。前述的固溶强化、析出强化及加工硬化若过分提高强度，则会使韧性受损。所以，有时根据加工、使用条件使强度有一定限制。另一方面，当晶粒细化时不但不损坏韧性，而且还能提高强度。现在，对钢铁材料的晶粒细化的研究非常盛行，并以“超级金属的技术开发。为题进行着开发，通常不锈钢的晶粒直径为数十微米，但在这些课题中正在研究一种制造方法，使金属晶粒有1/100到数百毫微米(nm)，例如，晶粒直径为300nm的奥氏体系不锈钢其拉伸强度为1100 N/mm2，约是通常粒径材料的2倍。为了能在不损害韧性的前提下得到高强度，对这种方法寄予了很大的希望。在JIS规定的不锈钢中存在具有微细组织的不锈钢，这是把不同组织复合的双相系不锈钢。SUS329J4L(25Cr—6Ni—3Mo—N)具有在铁素体母相中分布着岛状奥氏体相的组织，由于为复合组织故各组织很细微。另外，由于加入了氮使之固溶强化提高了强度，耐点蚀性也得到改善。由于晶粒细化和固溶强化的复合作用，使得双相钢的屈服强度等强度特性好于奥氏体系和铁索体系。

3.3 固溶强化

纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。

结果表明，在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高;碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。这一现象的普遍解释为，固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体(奥氏体中为正八面体)，C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。

3.4 形变强化

生产金属材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金属材料发生塑性变形, 使其具有预期的性能、形状和尺寸。在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。金属材料在冷变形过程中强度将逐渐升高, 这一现象称为形变强化。

钢变形时给结晶加上了剪断应力，在位错运动的同时，给结晶导入了大量的位错。加工硬化加工轧制和拔丝这种塑性变形使晶体内的位错密度增加，是强化钢的方法。据重庆304不锈钢卷板研究证明这种加工硬化作用奥氏体系比铁素体系大得多。在18Cr-8Ni组成的亚稳定奥氏体系，因位错密度增大的硬化和马氏体的生成(加工引起相变)容易得到高强度。利用加工硬化的材料称硬化材，其强度可根据轧制率的变化按H(硬级)、3/4H和1/2H的强度水平划分，SUS 301(17Cr-TNi)硬化材在家庭电器机械的压簧和汽车的引擎垫圈、通信机械的连接器材等板弹簧制品方面使用非常普及。由加工硬化引起的马氏体具有磁性，所以SUS 301和SUS 304的硬化材也有磁性。非磁性的弹簧用材料有含高锰的不锈钢AISl205(17Cr-15Mn-1.5Ni-O.35N)，该钢是用锰取代了SUS 301中的镍，由于其性质的不同，可以固溶更多的氮。就是说，可以得到前述的固溶强化的效果。在固溶化处理状态下SUS 304的硬度约1801tV，而AISl 205的硬度约2701]V，再进行加工时可发现显著的加工硬化特性。所有钢种随着压下率增加的同时，硬度也上升。 3.5时效强化

时效强化也是马氏体强化的一个重要因素，马氏体相变是无扩散相变，但在马氏体形成后，马氏体中的碳原子的偏聚(马氏体自回火)就能发生，碳原子发生偏聚(时效)的结果，碳含量越高，时效强化越显著。

时效强化是由C 原子扩散偏聚钉扎位错引起。因此，如果马氏体在室温以上形成，淬火冷却时又未能抑制C 原子的扩散，则在淬火至室温途中C 原子扩散偏聚已自然形成，而呈现时效。所以，对于MS 高于室温的钢，在通常淬火冷却条件下，淬火过程即伴随自回火。

3.6 亚结构强化

亚结构强化主要指孪晶或层错的强化作用，其表现在以下几个方面： (1)位错与孪晶的弹性交互作用; (2)位错穿过孪晶构成滑移轨迹的曲折; (3)孪晶阻挡位错运动。

应当指出，孪晶的强化，据认为是由于碳原子在孪晶界面上的偏聚所造成的，其强化作用的贡献与钢的含碳量关系密切：当碳含量小于0.3%时，马氏体的强化主要寄托于间隙原子的固溶强化;当碳含量为0.3%-0.6%时，马氏体强度的提高除得益于固溶强化外，还可有孪晶和位错亚结构的强化贡献;当碳含量大于0.6%时，孪晶的强化作用显得很弱。

4.马氏体相变

4.1.1马氏体相变概念

马氏体(M)是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。马氏体最初是在钢(中、高碳钢)中发现的：将钢加热到一定温度(形成奥氏体)后经迅速冷却(淬火)，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 4.1.2马氏体概念提出

马氏体这一概念最先由德国冶金学家Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构(BCT)。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

4.2 马氏体相变特征

马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。其主要特点有以下几点：

1)马氏体相变是无扩散相变。马氏体相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相(马氏体)承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。

2)产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘。

3)新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习(析)面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最先形成。马氏体形成时和母相的界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变。由于马氏体相变时原子规则地发生位移，使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。

4)马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度开始转变为马氏体，把这温度标作Ms,加热时马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标为As。

5)马氏体转变是在一个温度范围内完成的。当奥氏体到达马氏体转变温度(Ms)时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。

4.3 马氏体相变热力学

马氏体相变热力学研究的主要任务在于理论上求出材料开始发生马氏体相变的温度MS。这个温度不但是制定材料热处理工艺的一个主要参数，也往往表征材料经淬火后的性能如脆性。马氏体相变热力学的研究不但揭示材料相变(以及由此而引发的内部组织改变和性能改变)的一些自然规律，解释一些实验现象，更重要的是为新材料的成分设计和加工工艺设计提供基础。铁基合金马氏体相变热力学在40年代已具雏形，但不能由热力学直接计算出MS;铜基合金马氏体相变的热力学问题仅在1979年略为涉及，很不成熟。近10年来我们对铁基合金和铜基合金马氏体相变热力学研究取得了重要的发展，可由热力学计算出铁碳合金、铁合金(如Fe- Ni)、三元合金钢(如Fe-Ni-C)、多元合金钢以及铜基合金(如Cu-Zn)的MS，并与实验值很好符合。还能预测(实验方法目前还无法胜任的)钢经渗碳后在渗层中不同部位的MS (以及残余奥氏体的含量)，以及铜合金在热弹性马氏体相变中，母相原子的有序状态对MS的影响。对于铁基合金中，面心立方奥氏体变为体心立方(或四方)马氏体热力学研究，以往由于对非化学自由能项估算困难，以致不能成功地由热力学直接求得MS，几十年来这项研究停滞不前。根据新近研究结果，提出非化学自由能以母相的屈服度和马氏体内储存能(后果几乎为常数项)为参数;改进和发展了热力学模型(包括Fisher模型、KRC模型以及中心原子模型)，得到了满意的结果。对B-Cu基合金的研究，解决了有序化热力学，利用相图或原子间交换作用可建立规则溶液模型，奠定了热弹性马氏体相变热力学的基础。发展了Cu-基合金马氏体相变中测定非化学自由能的实验方法，丰富了相变学科的内容，也对发展和应用形状记忆材料大有裨益。国内外研究工作得出Cu-Zn-Al在略低于MS等温时，会形成所谓“等温马氏体”。经证明，这绝不是等温马氏体，而是在等温母相的有序态改变，是MS不断升高，继续形成变温马氏体。通过热力学计算可直接求出工程界所需要的MS，判别和解释现有的实验现象和数据，以及定量预测不同淬火态时MS的变化。这些对铜基形状记忆合金的成分设计、热处理工艺的制定至关重要。

4.4 马氏体相变晶体学

40年来马氏体相变晶体学表象理论被广泛应用，它对Au-Cd合金及铁基的(3,10,15)马氏体中马氏体相变晶体学参数的预测与实验值相符，这证明了理论的正确性;但对Cu-Zn和Cu-Al-Ni合金则需加以发展。我们应用W-L-R理论于Cu-Zn-Al合金，求得其热弹性马氏体的惯习面为(1,7.71,9.32)与实验值(1,6.88，7.90)相差仅1.6°，吻合得较好，证明原始的表象理论有其生命力。马氏体相变过程中，新、旧相之间具有对称联系。在Cu-Zn-Al形状记忆合金中的对称关系，应尝试以群伦计算Cu-Zn-Al合金中马氏体的变态数。群论对马氏体相变晶体学的应用还有待延伸和深化。

5.总结

马氏体从其诞生到至今已有多年的历史，但人们对马氏体相变的认识还不够深入，有很多问题亟待解决。最近，将由科学出版社出版刘宗昌等人的专著《马氏体相变》一书涉及的内容包括金属整合系统，相变过程中原子的移动方式，相变热力学动力学组织学晶体学，相变机制，性能及淬火应用等该书采用继承与创新相结合的方法，综合国内外的最新研究成果，补充完善更新内容，以适应建设21世纪创新型社会，由于马氏体相变应用有重要的前景，科学界应当继续给予关注，不断提高我国相变研究工作发展我国材料科学。

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第五篇：材料热力学应用于研究的作用

摘要：材料热力学是材料科学的重要基础之一。材料学的核心问题是求得材料成分-组织结构-各种性能之间的关系。问题的前半部分，即材料成分-组织结构的关系要服从一个基本的科学规则，这个基本规则就是材料热力学。对于焓和熵的理解、计算在材料热力学数据处理中显得格外重要。建模的运用有利于问题的解决。本论文热力学建模方法的建模应用及理论验证,进行了理论扩展的相关讨论。热力学模型在迅速变化的技术和市场环境中,化工过程模拟具有重要意义。

1读了“试验研究热力学建模ZrO2–MgO–Al2O3系统” [1]其中主要介绍：固态ZrO2-MgO-Al2O3系统的平衡，整个液成分体进行调查范围使用高温DTAx射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜结合能量色散x射线能谱(SEM/EDX)。等温条件在1523K、1873K和2023 K是构建和形成的三元X-phase MgO-rich。液体热力学描述被用来获得焓和熵值。以下介绍我所读论文中主要意思： 1.1介绍

介绍ZrO2-based陶瓷科学与工业的重要性。部分氧化镁稳定氧化锆(Mg-PSZ)提出了作为陶瓷复合组件的钢筋(SCC)。我们目前的研究是一个正在进行的项目的一部分,旨在开发一个热力学数据库模拟反应发生在处理上述复合材料。Mg-PSZ粉末将被用于鳞状细胞癌通常包含不同的添加剂,如氧化铝,二氧化硅,HfO2,Cao,二氧化钛,等。最近我们已经表明,即使是一小部分的氧化铝添加剂导致晶间MgAl2O4的形成阶段.氧化铝添加剂的影响发生环在商业Mg-PSZ材料ZrO2-MgO-Al2O3系统的相图是必要的,以及热力学参数阶段稳定的系统。

1.2实验

耦合等离子体光谱法(ICP-OES)获得的前驱溶液低速度下降(约1毫升/分钟)，大约500毫升溶液的pH值保持在9.0以上再去离子水添加铵水合物(反向降水)。获得的悬架被加热保持温度在333K1 - 2 h。沉淀过滤,然后在353 K热解，1073K3h进行空气、氢氧化物改变氧化物释放水。过滤和部分热解之前样品溶解在稀释的硫酸随后分析ICP-OES±2%的精度。根据ICP-OES分析, 发现Zr，Mg的含量不到10−5摩尔/升。 1.3建模

晶体结构的立方, 正方和单斜是众所周知。因此他们的坚实的解决方案可以通过‘双亚点阵模型’使用进行描述。第一，亚点阵被Zr+ 4,Mg + 2和Al+ 3阳离子而氧阴离子以及空缺职位在第二子格。相应的模型(Zr+ 4,Mg + 2和Al+ 3)是用于ZrO2-based固体解决方案。第二，介绍了中性的空缺子格为了弥补越积极的阳离子在第一子格。四子格非化学计量二进制尖晶石MgAl2O4的描述阶段,第三 ,固体的描述解决方案基于氧化铝(刚玉)。三元相X被视为化学计量化合物(4.68毫克)(Al)2.64(Zr)1.68建模吉布斯能量使用温度依赖性。 1.4结果与讨论

作品的样本选择方法来确定或证实所有可能存在的相平衡系统在选定的温度。应该提到,化学成分的样品用EDX被发现是在良好的协议与名义成分。因此我们使用这种方法测定样品化学成分共存的阶段。样品退火的最低温度(1523 K)表现出非常精细结构应用于这项工作。因此EDX分析仅仅是用于确定样本的总体组成和相组合决定只使用XRD分析。正方氧化锆阶段现有在升高的温度下改变其通过在冷却过程中,马氏体转换为单斜晶体结构。

2 通过阅读论文以下是热力学在论文中的主要运用：

2.1热力学在建模中起的作用。过程模拟者必须自己选择热力学模型在迅速变化的技术和市场环境中,化工过程模拟具有重要意义.没有采用流程模拟技术的设计投标书在当今已经不能中标.在使用模拟软件进行流程模拟时,用户定义了一个流程以后,模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方面的问题,而热力学模型的选择则需要用户作决定.流程模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算,其中主要有逸度系数、相平衡常数、焓、熵、Gibbs自由能、密度、粘度、导热系数、扩散系数、表现张力等.迄今为止,还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系和所有的过程.流程模拟中要用到多个热力学模型.热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确性、可靠性和模拟成功与否.。

2.2 使用默认的热力学模型不能保证模拟结果正确如果用户不给模拟软件提供有关热力学模型选择方面的指示,软件将自动使用默认的热力学模型.任何热力学模型都有其内含的假设和应用范围的限制,软件中预置的默认热力学模型并不一定就适合于用户当前所处理的系统,这样计算出来的结果是不可靠的.。

2.3 热力学模型选择不当时模拟过程通常不会给出出错信息即使用户给模拟软件提供了有关热力学模型选择方面的指示,如果这种选择不正确,计算结果也会不正确,有时甚至与被模拟的实际过程相去甚远.在这一方面,我们不能指望模拟软件提供出错信息,而应依靠自己的判断[2]。

2.4 热力学模型使用不当也会产生错误结果热力学性质计算的准确程度由模型方程式本身和它的用法所决定.即使选择了恰当的热力学模型,如果使用不当,也仍然会产生错误的结果.热力学模型的使用往往涉及原始数据的合理选取、模

型参数的估计、从纯物质参数计算混合物参数时混合规则的选择等问题,需要正确处理。

2.5热力学模型评述

热力学模型在材料科学的理论研究中具有重要的作用,在实践中具有指导和预测作用,大大避免了实践中的盲目性.文章介绍了材料科学研究中常用的热力学模型:理想溶液近似、正规溶液近似、双亚点阵模型、团簇变分法等,分析了各种热力学模型的特点及应用,强调了相图计算在材料科学研究中的重要性。

3 焓变

3.1焓，热函：一个系统中的热力作用，等于该系统内能加上其体积与外界作用于该系统的压力的乘积的总和。焓是物体的一个热力学能状态函数，焓变即物体焓的变化量。

3.2焓和焓变

3.2.1焓是一个状态函数,也就是说,系统的状态一定,焓的值就定了。焓的定义式是这样的：H=U+pV。其中U表示热力学能，也称为内能(Internal Energy)，即系统内部的所有能量。p是系统的压力(Pressure)，V是系统的体积(Volume)作为一个描述系统状态的状态函数，焓没有明确的物理意义

3.2.2ΔH(焓变)表示的是系统发生一个过程的焓的增量ΔH=ΔU+Δ(pV)在恒压条件下，ΔH(焓变)可以表示过程的热力学能变。

3.3在介绍焓之前需要了解一下分子热运动、热力学能和热力学第一定律：1827年，英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察，发现花粉在水面上不停地运动，且运动轨迹极不规则。起初人们以为是外界影响，如振动或液体对流等，后经实验证明这种运动的的原因不在外界，而在液体内部。

原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的。于是这种运动叫做布朗运动，布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动。从实验中可以观察到，布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。这表示分子的无规则运动跟温度有关系，温度越高，分子的无规则运动就越激烈。正因为分子的无规则运动与温度有关系，所以通常把分子的这种运动叫做分子的热运动。

4 熵

4.1物理名词,用热量除温度所得的商,标志热量转化为功的程度物理意义：物质微观热运动时，混乱程度的标志。

4.2热力学中表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。在经典热力学中，可用增量定义为dS=(dQ/T)，式中T为物质的热力学温度;dQ为熵增过程中加入物质的热量。下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS>(dQ/T)不可逆。单位质量物质的熵称为比熵，记为s。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量[3]。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化;②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功(即无法制造第二类永动机);③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS=dS2-dS1>0，即熵是增加的。

4.2.1物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。

4.2.2科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。

4.2.3在信息论中，熵表示的是不确定性的量度。

4.3只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。

4.4江河发源地的水位比较高，那里的水的势能也比河口的水的势能来得大。由于这个原因，水就沿着江河向下流入海洋。要不是下雨的话，大陆上所有的水就会全部流入海洋，而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较均匀。

4.5正是在水往下流的时候，可以使水轮转动起来，因而水就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的，即使这些水是处在很高的高原上，因而具有异常高的势能，同样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝着均匀化方向的流动。

4.6熵是混乱和无序的度量。熵值越大，混乱无序的程度越大。我们这个宇宙是熵增的宇宙。热力学第二定律体现的就是这个特征。生命是高度的有序，智慧是高度的有序，在一个熵增的宇宙为什么会出现生命?会进化出智慧?(负熵)。热力学第二定律还揭示了：局部的有序是可能的，但必须以其他地方的更大无序为代价。人生存，就要能量，要食物，要以动植物的死亡(熵增)为代价。万物生长靠太阳。动植物的有序又是以太阳核反应的衰竭(熵增)或其他形式的熵增为代价的。人关在完全封闭的铅盒子里，无法以其他地方的熵增维持自己的负熵。在这个相对封闭的系统中，熵增的法则破坏了生命的有序。熵是时间的箭

头，在这个宇宙中是不可逆的。熵与时间密切相关。如果时间停止“流动”，熵增也就无从谈起。“任何我们已知的物质能关住”的东西，不是别的，就是“时间”。低温关住的也是“时间”。生命是物质的有序“结构”。“结构”与具体的物质不是同一个层次的概念。就像大厦的建筑材料和大厦的式样不是同一个层次的概念一样。生物学已经证明，凡是上了岁数的人，身体中的原子,已经没有一个是刚出生时候的了。但是，你还是你，我还是我，生命还在延续。倒是死了的人，没有了新陈代谢，身体中的分子可以保留很长时间。意识是比生命更高层次的有序，可以在生命之间传递。说到这里，我想物质与意识的层次关系应该比较清楚了。

5总结与以上热力学的重要性与如何学好材料热力学

5.1对于材料热力学的学习显得格外重要，因为它涉及的知识点理论相对于我们本科生较深，所以对于材料热力学的学习不能仅仅上课学习，听课就完事了，而更应该在课后多花时间，要做到每个星期上的课程都要在本星期复习绝对不能拖到下星期和以后去，假如这样很可能就更不上。还有一个就是预习，这和复习是同样有利于这门课的学习的。对于书中的公式不仅仅要会推到而且还要懂得如何运用，这就需要多做习题和多看看例题，在题中找规律找方法。

5.2材料热力学是经典热力学和统计热力学理论在材料研究方面的应用，其目的在与揭示材料中的相和组织的形成规律。固态材料中的熔化与凝固以及各类固态相变、相平衡关系和相平衡成分的确定、结构上的物理和化学有序性以及各类晶体缺陷的形成条件等是其主要研究对象。

5.3现代材料科学发展的主要特征之一是对材料的微观层次认识不断进步。利用场离子显微镜和高分辨电子显微镜把这一认识推进到了纳米和小于纳米的

层次，已经可以直接观察到从位错形态直至原子实际排列的微观形态。这些成就可能给人们造成一种误解，以为只有在微观尺度上对材料的直接分析才是深刻把握材料组织结构形成规律的最主要内容和最主要途径;以为对那些熵、焓、自有能、活度等抽象概念不再需要更多的加以注意。其实不然，不仅热力学的主要长处在于它的抽象性和演绎性，而且现代材料科学的每一次进步和发展都一直受到经典热力学和统计热力学的支撑和帮助。材料热力学的形成和发展正是材料科学走向成熟的标志之一。工业技术的进步在拉动材料热力学的发展，而材料热力学的发展又在为下一个技术进步准备基础和条件。

5.4材料热力学是热力学理论在材料研究、材料生产活动中的应用。因此这是一门与实践关系十分密切的科学。学习这门课程，不能满足于理解书中的内容，而应当多进行一些对实际材料问题的分析与计算，开始可以是一些简单的、甚至是别人已经解决的问题，然后由易渐难，循序渐进。通过不断的实际分析与计算，增进对热力学理论的理解，加深对热力学的兴趣，进而有自己的心得和成绩。

参考文献：

1. K.; Grätzel, M. D. Pavlyuchkov∗, G. Savinykh, O. Fabrichnaya 2. Staffan Hertzman.metall.trans.’,1987,18A:1767 3. Hirth J P.Metall.Trans.1970,1:2367