本书包括热循环引起的非平衡晶界偏聚理论，含临界时间概念、偏聚热力学和动力学；作为理论的应用，提出三种晶间脆性，即钢的回火脆性、不锈钢的晶间腐蚀脆性和金属与合金中温脆性的统一的普适机理；金属弹性变形的微观理论，包括弹性变形的临界时间、张应力和压应力弹性变形引起的晶界和位错的溶质偏聚以及贫化的平衡方程与动力学方程，以此阐明金属拉伸力学性能测试不确定性机理，揭示出现行拉伸试验技术体系的悖论，给出测量一定温度下“力学性能-拉伸应变速率”曲线，表征金属原始力学性能、服役力学性能和加工变形力学性能的新概念以及拉伸试验新技术体系。以此提出金属结构精准设计和精准加工的新概念。

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北京科技大学，金属物理专业，1962-1968年 本科 1978-1982年 硕士1983-1990年 武汉科技大学，讲师，副教授 1990-1993年 德国马普研究院，斯图加特金属研究所，访问教授，洪堡奖学金获得者 1993年至今 钢铁研究总院（北京），教授级高级工程师材料物理国家自然科学二等奖， 非平衡晶界偏聚动力学和晶间脆性断裂研究，独立获奖，2008年； 国际先进材料协会（IAAM）创新奖，IAAM Innovation Awards，独立获奖，2022年

目录
前言——从伽利略到金属力学新体系
第二版前言
第一版前言
第0章 绪论 1
参考文献 5
第1章 晶界的结构、性能以及平衡偏聚和脆性 8
1.1 晶界的结构和性质 8
1.1.1 概述 8
1.1.2 结构 10
1.1.3 能量 14
1.1.4 强度 16
1.1.5 晶界滞弹性弛豫 19
1.2 平衡晶界偏聚 20
1.2.1 概述 20
1.2.2 理想二元系偏聚热力学——McLean热力学模型 21
1.2.3 多元系偏聚热力学——Guttmann模型 22
1.2.4 偏聚动力学——McLean动力学模型 23
1.3 晶间脆性断裂 26
1.3.1 钢的回火脆性的平衡偏聚机理 26
1.3.2 金属与合金的中温脆性 27
参考文献 28
第2章 临界时间：非平衡晶界偏聚的特征之一 31
2.1 引言 31
2.2 临界时间概念和解析表述 32
2.3 实验证实 35
2.3.1 硼偏聚的临界时间 35
2.3.2 磷偏聚的临界时间 39
2.3.3 硫偏聚的临界时间 47
2.3.4 镍基高温合金中镁偏聚的临界时间 49
2.3.5 Guttmann测量结果的启示 52
2.4 临界时间计算 53
2.4.1 临界时间与温度的关系 53
2.4.2 复合体扩散的微观机制 55
2.4.3 复合体扩散系数的实验测定 58
参考文献 62
第3章 非平衡晶界偏聚热力学关系式 65
3.1 热力学关系式 65
3.2 基于热力学关系式的计算 67
3.2.1 晶界偏聚浓度与温度差的关系——温差效应 67
3.2.2 复合体结合能对偏聚浓度的影响 68
3.3 热力学关系式的应用 69
参考文献 70
第4章 非平衡晶界偏聚恒温动力学 72
4.1 引言 72
4.2 Xu Tingdong恒温动力学模型 72
4.2.1 偏聚方程 74
4.2.2 反偏聚方程 75
4.3 钢中磷偏聚的实验证实 76
4.4 表象扩散系数和恒温动力学计算 80
4.4.1 表象扩散系数讨论 80
4.4.2 恒温动力学计算 81
4.5 偏聚峰温度 83
4.5.1 恒温动力学图示 83
4.5.2 实验证实和应用 87
参考文献 91
第5章 连续冷却过程偏聚动力学和临界冷却速率 93
5.1 引言 93
5.2 连续冷却过程动力学 93
5.2.1 等效时间方法 93
5.2.2 修正因子法 99
5.3 INCONEL 718焊接热影响区微裂纹预报 103
5.4 临界冷却速率 107
5.4.1 临界冷却速率概念 107
5.4.2 钢中Sn、B、S偏聚的临界冷却速率及其工程应用 109
5.5 其他动力学分析和实验研究 111
5.5.1 动力学分析 111
5.5.2 实验研究 115
5.6 修正因子推导 116
参考文献 118
第6章 非平衡晶界共偏聚 120
6.1 引言 120
6.2 模型 121
6.2.1 从Guttmann模型到非平衡共偏聚模型 121
6.2.2 空位与溶质原子结合能 122
6.3 模型与实验数据的比较 123
6.3.1 钢中Ti和Sb、Ni的非平衡共偏聚 123
6.3.2 钢中Cr和N的非平衡共偏聚 126
6.3.3 钢中Mn和Sb的非平衡共偏聚 130
6.3.4 钢中Ni和Sn的非平衡共偏聚计算和模拟 134
6.4 非平衡晶界共偏聚的热力学表述及其意义 135
参考文献 138
第7章 平衡偏聚和非平衡偏聚之间的关系 140
7.1 实验方法 140
7.1.1 实验合金和热处理 140
7.1.2 PTA法探测硼和半定量分析 140
7.2 概念 141
7.2.1 最小偏聚温度 141
7.2.2 转换温度 143
7.3 应用 144
7.3.1 INCONEL 718合金中硼的最小偏聚温度 144
7.3.2 钢中硼的最小偏聚温度及其对淬透性的影响 146
7.3.3 0.2%碳钢中硼偏聚的转换温度 146
参考文献 147
第8章 晶间脆性的统一机理 148
8.1 引言 148
8.2 韧塑性恢复效应 150
8.2.1 RTE 150
8.2.2 ICE 159
8.2.3 ITE 161
8.3 脆性峰温度及其移动 164
8.3.1 RTE 165
8.3.2 ICE 166
8.3.3 ITE 169
8.4 脆性的温差效应 171
8.4.1 RTE 171
8.4.2 ICE 172
8.4.3 ITE 173
8.5 临界冷却速率对脆性的影响 175
8.6 晶间脆性动力学 176
参考文献 178
第9章 应力驱动偏聚和贫化：弹性变形的微观理论 181
9.1 引言 181
9.2 实验现象和理论上遇到的困难 182
9.2.1 实验现象 182
9.2.2 理论解释的困难 185
9.3 金属弹性变形的微观机制 186
9.3.1 晶界区应力状态分析 186
9.3.2 尺寸和能量分析 187
9.4 晶界区弹性变形的平衡方程 188
9.4.1 空位浓度方程 188
9.4.2 溶质浓度方程 190
9.4.3 晶界区弹性模量的实验测定 191
9.5 弹性变形的动力学方程 194
9.5.1 弹性变形的临界时间 194
9.5.2 偏聚动力学方程 196
9.5.3 贫化动力学方程 200
9.6 动力学模拟 203
9.6.1 钢中磷的偏聚及其实验证实 203
9.6.2 钢中硫的偏聚 205
9.6.3 钢中磷的贫化 207
9.7 非平衡柯垂尔气团 210
9.8 小结 211
参考文献 211
第10章 拉伸试验测试不确定性和力学性能表征 214
10.1 问题的提出 214
10.2 实验现象 216
10.2.1 中温脆性 216
10.2.2 应变速率脆性 218
10.2.3 纯金属的拉伸试验结果 223
10.3 拉伸试验悖论 226
10.4 弹性变形机理 229
10.4.1 拉伸试验过程分析 229
10.4.2 临界时间引起应变速率脆性 230
10.4.3 偏聚峰温度引起中温脆性 232
10.4.4 屈服强度测试不确定性问题 232
10.5 拉伸试验新技术体系框架 237
10.5.1 “力学性能-拉伸应变速率”曲线 237
10.5.2 原始力学性能 239
10.5.3 服役力学性能 240
10.5.4 变形过程的力学性能 241
10.6 原始力学性能测量 243
10.7 高熵合金的力学性能表征 247
10.8 硬度测量的不确定性 254
10.9 精准制造 255
10.9.1 精准设计 255
10.9.2 精准加工 255
10.10 小结 256
参考文献 256
第11章 结束语 259
参考文献 262
徐庭栋简历 263