Page 41 - 国外钢铁技术信息内参（2024年9月）
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（三）热力学的基本原理和最新研究进展（上）
宮 本 吾 郎 ᇏݓࣁඋ࿐߶
东北大学 金属材料研究所
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1. 引言
铁的固态相变有两种类型，由于其中的主要元素为间隙元素碳（C），因
而能够以铁素体（α）、奥氏体（γ）和渗碳体（θ）等多种形式发生α γ正/反
向、珠光体、马氏体和贝氏体相变，从而产生各种不同的显微组织。另外，为 ᇏݓࣁඋ࿐߶
了改善铁的性能，还可以采取添加取代元素提高α/γ相的稳定性、促进生成合金
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碳化物以及促进元素与缺陷之间的相互作用等方式改变铁的显微组织。通过对
固态相变和元素特征的灵活应用，能够实现对显微组织的多样化控制，得到广
泛的钢铁材料性能，此时，热力学和相图则在合金成分和工艺条件设计中发挥
着至关重要的作用。虽然目前商用热力学计算软件已广泛普及，足以轻松实现
多元系统的平衡计算，但为了深入理解计算结果并有效加以利用，必须对热力
学有基本的了解。因此，本文将在回顾焓、熵、自由能、相平衡和相图等热力
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学基础知识的同时，对第一性原理计算等近年来取得显著进展的热力学分析方
法予以介绍。另受篇幅限制，本文仅对基本概念予以澄清。如需进一步深入了
解，请参阅相关教科书或注解等材料。
2.热力学的基本原理
2.1 热力学第一定律、第二定律和各种热力学函数
热力学基本定律包括能量守恒定律（热力学第一定律）和熵增定律（热力
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学第二定律）。本文首先对体积变化作用下所产生的功和热对系统能量的影响
予以说明（如图 1（a））。受温差作用在物体间传递的能量称为热量，而由于
温差以外因素在物体间传递的能量称为功。系统的内能增量（dU）等于外界对
系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和（d’Q）。根据热力学第一定律，仅
由体积变化所产生的功可以表示为式（1）。
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CSM 中国金属学会 CMISI 冶金工业信息标准研究院
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